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Taumelscheibentriebwerk zum Antrieb von Brennstoffeinspritzpumpen
für Brennkraftmäschinen Bei Pumpen für flüssige Brennstoffe, welche diesen Brennstoff
unter hohem Druck (bis zu mehreren hundert Atmosphären) zur Einspritzstelle einer
Brennkraftmaschine fördern sollen, ist es bekannt, den Pumpenkolben mittels einer
durch eine umlaufende Welle angetriebenen Taumelscheibe anzutreibein. Eine solche
Taumelschei,be führt keine umlaufende, sondern nur Linie eigenartig schwingende
Bewegung aus, etwa vergleichbar der Bewegung einer Kreisfläche, deren Rand sich
auf dem Rand einer ebenso gro,ß,ein, festliegenden Kreisfläche derart abwälzt, diaß
beide Flächen immer dien gleichen spitzen Winkel miteinander einschließen. Bei diesen
bekannten Pumpenantrieben erfolgt die Verbindung zwischen der Taurnelscheibe und
dem Pumpenkolben meist mit Hilfe von Pleuelstangen, welche an der Taumelscheibe
und am Pumpenkolben sitzende Kugelköpfe so umfassen, daß Pumpenkolben und Tawmelscheibe
zwangsläufig: miteinander verbunden sind. Ein Nachteil dieser Verbindung besteht
darin, daß beim Festfressen eines Pumpenkolbens in; seinem Zyl:in der irgendein
Teil des: Triebwerks gewaltsam
zerstört wird. Ferner ist es bekannt.
zwischen der Taunielscheibe und dem Pumpenkolben eine Kraftschlußverbindung vorzus°lien,
bei welcher zwischen der ebenfläcIiigen Taum:elscheilie und dem kugeligen Ende des
Pumpenkolhens ein diesen beiden Flächen sich anpassender, auf der Taumelsclieilicrieb2tte
verschieblicher Gleitstein angeordnet ist, während der Kraftschluß durch .eine gegen
das Pumpengehäuse sich abstützQtide und auf den Pumpenkolben ein-,virlcend° Druckfeder
aufrechterhalten wird. Ein -Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß sich der
Gleitstein unter der hohen, auf den Pumpenkolben einwirkenden Eiraft relativ zur
Taumelscheibe verschieben muh, wobei entsprechend hohe Reibungskräfte auftreten.
Diese seitlich zur Pumpeukolbenachse gerichteten Kräfte müssen vorn Pumpenkolben
aufgenommen und auf den Pumpeuzvlinder ülxertrageii werden. Auf den PumpenkollieFi
wirken deshalb hohe Seitendrücke, welche eine verhältnismäßig schnelle Alinutzung
desselben zur Folge haben. lach der Erfindung ist zur Kraftübertragung zwischen
der Taumelscbeibe und dem Pumpenkolben ein an beiden Enden Kugelflächen aufweisender,
an entsprechenden kugeligen Gegenflächen der Taumelscheibe und d°s Pumpeul:o,lbens
sich abstützender Druckstab vorgesehen. der eine nur in einer Bewegungsrichtung
wirkende Verbindung herstellt, während zur Aufrechterhaltung des Kraftschlusses
zwischen Taumelscheibe. Druckstall und Pumpenkolben eine diese drei Teile ständig
gegeneinander pressende Feder vorgesehen ist.
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Ein solcher Druckstab ist wesentlich einfacher -staltet und deshalb
auch, erheblich leichter und fülliger herst°Ilbar als eine Pleuelstange mit KugeIgelenkköpfen,
des weiteren ist sein Gewicht viel geringer, seine Massenkräfte sind deshalb verhältnismäßig
lchin; infolge dieser g,-ringen Massenkräfte geniigt zur Aufrechterhaltung des Kraftschlusses
schon ein 2 verhältnismäßig schwache Feder. Gegenüber den zwischen, Taumelscheibe
und Pumpenkolben eingeschalteten Gleitsteinen haben die Druckstäbe den Vorteil,
daß sie keine unter Belastung durch die hoben Kolbenkräfte erfolgenden Verschiebungen
längs der Taumelscheibe auszuführen brauchen, sie machen vielmehr nur ganz kleine
räumliche Schwingbewegungen, denen nur die verhältnismäßig ganz geringen Gel.enkreibungskräfte
an den als Kugelflächengelei>he wirrenden F_riden der Druckstäbe entgegenwirken.
Demzufolge bleiben die Seitendrücke auf die Pumpenkolben und deren Abnutzung entsprechend
gering. Da es
sich, bei Brennstoffeinspritzpumpen stets um eingeschliffene
Kolben handelt. die gegenüber denn Zylinder nur auf Grund ihrer genauen Einpassung
abdichten. so ist es für die Aufr-#cliterlialtun- der Betriebsfähigkeit solcher
Pumpen von besonderer Bedeutung. daß diese genaue Einpassung möglichst lange aufrechterhalten
bleibt und nicht infolge einer durch holte Seitendrücke verursachten baldigen
Ab-
nutzung vorzeitig verlorengeht. Wie andere Kraftschlußverbindungen hat
auch die Druckstabanordnung nach der Erfindung gegenüber einer formschliissigen
Verbindung den VortLil. eiaL) die Verbindung zwischen Taumelscheihe und Pumpenkolben
selbsttätig unterbrochen wird, wenn sich ein Pumpenkolben in seinem Zylinder festsetzt.
so daß in diesem Falle keinerlei Zerstörung-@ri am Triebwerk eintreten.
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Die den Kraftschluß aufrechterhaltende Feder (Rückführfeder) kann
in der bei kraftschlüssigen Pumpenkolbenan trieben üblichen Art als Druckfeder ausgebildet
sein. die sich einerseits gegen ein unverschiebliches Wider-Iager. andererseits
gegen den Pumpenkolben abstützt, derart, daß sie letzteren ständig gegen den Druckstab
und diesen gegen die Taumelscheibe andrückt. Hierbei wird diese Rückführfeder beim
Drucklitil) des Pumpenkolbens zusammengedrückt, während sie sich beim Saughin> wieder
ausdehnt. Eine Möglichkeit, die Rückführfeder. wach: abwechselnd gespannt wird und
sich wieder entspannt, zu vermeiden, besteli,t darin. in Parallelschaltung zu dem
zwischen Taum.elscheihe und Pumpenkolben eingeschalteten Druckstab eine Zugf,Aer
anzuordnen. welche einerseits an der Taumelscheibe, andererseits am Pumpenkolben
angreift und eine so hohe Vorspannung hat. daß sie den Kräfteschluß dauernd aufrechterhält.
Diese Feder braucht nur den kleinen Seitenbewegungen des kraftübertragenden Gliedes
zu folgen, während ihre Länge unverändert bleibt, so daß sie sehr weitgehenden.
die Dauerfestigkeit stark herabsetzenden Belas.ttingsschwankungen nicht ausgesetzt
ist. Die Betriebszuverlässigkeit einer solchen Feder ist deshalb höher als die einer
Rückführfeder.
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Bei dieser .-Antriebsart ist auch die Einregelung der Pumpen auf eine
bestimmte Fördermenge. bzw. auf unter sich gleiche Förderm:ngen bei mehreren von
einer Taumelscheibe angetriebenen Einzelpumpen. leicht möglich. Zu diesem Zweck
kann entwed-r der Druckstab so gestaltet :ein. daß seine Länge veränderbar ist,
oder es kann seine Angriffsstelle an der Taumelscheibe oder am Kolben relativ zu
einem dieser Teile verschiebbar sein. Vorteilhaft ist es. im letzteren Falle die
Angriffsstelle an der
Taumelscheibe verschiebbar zu machen, weil
diese am leichtesten zugänglich gemacht werden kann, so daß ein Nachstellen möglich
isst, ohne daß die eigentliche Pumpe auseinandergenommen oder von ihrem Antrieb
getrennt werden muß. ' Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Abb. i zeigt ein eine Pumpe antreibendes Taumelscheibentriebwerk im
Mitteillängss:chnitt; Abib.2 und 3 zeigen im Längsschnitt und in Ansucht einen in
seiner Länge veränderlichen Druckstab; Abb. q. zeigt im. Mittellängsschnitt die
Taumelscheibe und einen Teil der Pumpe sowie eine besondere Ausigestaltung der den
Kraftschluß herbeiführenden Feder.
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Übereinstimmende Teile sind in den verschiedenen Abbildungen gleich
bezeichnet. Gemäß Abb. i ist die Pumpenantriebswelle i in den. Lagern 2 und 3 gelagert,,
von denen das eine im Boden q., das andere im Deckel $ eines Gehäuses 6 angeordnet
isst. Innerhalb des Gehäuses ist mit der Welle ein Schrägzapfen 8 fest verbunden,
auf dem mittels des Kugellagers io; das sowohl Querals auch Längskräfte aufnehmen
kann, eine Taumelscheibe ii gel,aigert isst. Die Taurrielscheibe trägt einen Kegelradkranz
12, der mit einem gleichen, am Gehäuse 6 festliegenden Radkranz 13 im Eingriff steht
und die Taumelscheibe i i an der eigenen Drehung verhindert. Auf dem. Deckel 5 des
Gehäuses. 6 sind im Kreise um die Pumpenantriebswelle i mehrere Brennstoff:einspr
itzpumpen 15 so angeordnet, daß die Achsen der Pumpenkolben parallel zur Achse .der
Antriebswelle liegen. Die Einspritzpumpe - besteht in an sich bekannter Weise im
wesentlichen aus dem eigentlichen Pumpenzylinder 16 mit Ansaugöffnung 17 und Rückströmö@ffnung
18, aus dem Pumpenkolben 2o mit einer in seiner Seitenfläche-liegenden Einri.efung
2i, deren eine Kante 22 den Beginn der Förderung und deren andere Kante 23 das Ende
der Förderung steuert, aus dem Saugraum 25; dem der Brennstoff durch den Anschlußstutzen
26 zugeführt wird, und aus dem Druckventil 27,
an welches sich weiterhin die
zur Einspritzstelle führende Hochdruckleitung 28 anschließt. Die Veränderung der
Fördermenge erfolgt- in bekannter Weise durch Drehen des Pumpenkolbens 2o. Zu dem
Zweck trägt der Kolben an seinem äußeren Ende einem radial vorspringenden Arm 3o,
der in den Schlitz 31 einer Bü.chs,e 32 eingreift, die im Pumpengehäuse 15 drehbar
gelagert ist und einen Zahnkranz 33 aufweist, so, daß beim Drehen dieses Zahnkranzes
der Pumpenkolben die Drehung mitmacht. Zwischen jedem Pumpen-Kolben 2o und der Taumelscheibe
ii ist je ein stiftartiges Glied (Druckstab) 35 eingeschaltet, das mit kugeligen
Enden sich geigen entsprechend hohlkugelige Aussparungen einer Verbreiterung 36
des Pumpenkolbens bzw. eiines in der T aumelscheibe festsitzenden Einsatzkörpers
37 anlegt. Zur Herbeiführung eines ständigen Kraftschlusses zwischen Taumelscheibe
und Pumpenkolben wirkt auf die Verbreiterung 36 des Pumpenkolbens eine geben die
Büchse 32 sich abstützende Druckfeder 38 im Sinn der Auswärtsbewegung des Pumpenkolbens,
so daß der Druckstab 35 ständig mit, Vorspannunig an seinen Widerlagern 36 und 37
anliegt und die Taumelscheibenbewegung spielfrei auf den Pumpenkolben übertragen
wird. Die Eintiefungen in den Widerlagern 36 und 37 sind zweckmäßig so tief, daß
der Druckstab mit seinen Enden auch dann noch ständig in diese Eintiefunigen hineinragt,
wenn der Pumpenkolben sich einmal im Zylinder festgesetzt haben sollte, wobeii er
dann immer die innere Totpunktlage einnimmt. Es ist dann nicht möglich, daß der
Druckstab aus den Widerlagern herausfällt und an anderer Stelle der Maschine Schaden
anstiftet. Die bei der Förderung des Brennstoffes auf den Pumpenkolben 20 dusgeübten
hohen Kräfte werden durch die Druckstäbe 35 auf die Taumelschei.be i i, von dort
über das Lager i o auf den Schrägzapfen 8 und über ein Längskräfte übertragendes
Wälzlager 4.o, welches sich gegen das Lager 2 abstützt, auf das Gehäuse 6 ' und
weiter auf dessen Träger (Maschinengehäuse od. dgl.) 4.1 übertragen. Der Antrieb
der Pumpenantriebswelle i erfolgt beispielsweise über ein Zahnrad 4.2; es können
jedoch auch beliebige andere Antriebselemente vo@rgeseh,en sein, auch kann (bei
Zweitaktmotoren j- die Pumpenantriebswelle unmittelbar von -einer Verlängerung der
Kurbelwelle gebildet sein.
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Bei Bneininstofbeinspriltzpumpen ist es häufig erwünscht, die Pumpe
so einstellen zu können, d;aß einer bestimmten Winkelstellung des Pümpgenlco-lbgens
eine bestimmte Fördermesnge entspricht; bzw. so, däß bei mehreren Einzelpumpen diese
Pumpen unter sich, genau gleichiviel fördern.- Eine solche Einsstellung der Pumpenförderung
kann beim Erfindungsgegenstand durch Änderung der Länge des Druckstabes erfolgen.
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Ein "#-usfiihrungsbeis.piel für diesle Möglichkeit zeigen die Abb.
2 und 3. Hierbei ist der Druckstab in zwei Teile 35' und 35" unterteilt, weiche
ineinander versch:raubbar sind; außerdem isst eine Gegenmutter q.5 vorgesehen, welche
die gegenseitige Lage der beiden Druckstabteile sichert. Einer dieser Teile und
die Gegenmutter können mit mikro
meterartigen Teilungen versehen
sein, derart. daß die jeweilige Längeneinstellung oder die vorgenommene Längenänderung
leicht ablesbar sind.
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Eine derartige Einstellung macht ein _@usbaue:n der einzustellenden
Einzelpumpe erforderlich. Dieses Ausbauen wird erspart, wenn das an der Taumelsche.ibe
sitzende Widerlager des Druckstabes in Richtung der T aumelscheibenachse verstellbar
angeordnet ist. Eine solche Ausgestaltung zeigt die rechte Hälfte der Abb. i. Das
Widerlager 37 trägt einen Gewindefortsatz 4.7, der in einem entsprechenden Muttergewinde
der Taumelscheibe i i schraubbar ist und dessen jeweilige Einstellung mittels einer
Gegenmutter d.8 ge-
sichert werden kann. Um diese Verstellung ohne Ausbau
der Taumelscheibe vornehmen zu können, sind in der Umschließungswand des Gehäuses
sechs Öffnungen 50 vorgesehen, die im allgemeinen durch Deckel 51 abgeschlossen
sind.
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Bei der Einrichtung nach Abb. .1 ist zwischen dem Pumpenkolben ?o
und der Taumelscheibe ii der gleiche Druckstab 35 wie im Beispiel nach Abb. i eingeschaltet.
Zur -'#,ufrechterhaltung des Berührungsschlusses zwischen Taumelscheibe, Druckstab
und Pumpenkolben ist hierbei zwischen dem Pumpenkolben und der Taumelscheibe eine
dem Druckstab parallel geschaltete Zugfeder 63 angeordnet. Zu dem Zeck ist die Verbreiterung
64 des Pumpenkolbens mit einem Geieinde versehen, auf das das eine Federende aufgeschraubt
ist, das in seiner Lage durch eine Gegenmutter 65 gesichert wird. Das andere Federende
übergreift die etwa kugelig gestaltete Rückfläche des an der Taumelscheibe sitzenden
Widerlagers 65 und ist durch ein Druckstück 68, das von einer auf dem Gewindezapfen
d.7 sitzenden '-#lutter 69 gegen die Feder angepreßt -wird, in seiner Lag, gesichert.
Die Feder 63 wird mit einer so starken Vorspannung eingebaut, daß die normalerweise
beim Auswärtshub des Pumpenkolbens wirksamen Massenkräfte und Reibungen die Kraftschlüssigkeit
des Pumpenantriebes nicht aufheben können. Bei dieser Anordnung besteht der Vorteil,
daß die Feder keine Längenänderung erfährt, sondern lediglich den in der Regel nur
verhältnismäßig geringem Winkelbewegungen der Taumelscheibe zu folgen braucht. Die
B-e-ansprttcllung der Feder ist also im Gegensatz zur Beanspruchung einer üblichen
Rückführfeder (Feder 38 in Abb. i) ganz gering; die Betriebssicherheit der Feder
wird dadurch wesentlich erhöht.
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Der Antrieb der Pumpenkolben mittels beiderseits kugelige Enden aufweisender
Druckstäbe gestattest ohne weiteres jede heliebige Drehung der Pumpenkolben um ihre
Längsachse. Dieser Umstand b:günstigt die Anwendung der an sich bekannten Fördertnengenregelung
durch Drehen des Pumpenkolbens. Abb. i zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel. Das
freie Ende der Putnpenantriebswelle i trägt einen als Wälzkugelregler ausgebildeten
Fliehkraftregler. "Mit der Welle i ist ein die Wälzkugelfliellgewichte ; o antreibender
-'#1=itnehtner 7 i dr.lifest verbunden. Die Kugeln 7o laufen zwischen zwei entgegengeset7t
kegelig gestalteten Wälzflächen 72 und 73 um, von denen die eine. 73, an
eitlen vom Lager 3 ausgehenden Fortsatz 74 feist angeschlossen ist, während die
andere, 72, in Richtung der Achse der Antriebswelle i verschiebbar. jedoch gegen
Drehen gesichert ist. Zwischen den Teilen 7 2 und 73 ist eine der Fliehkraft der
Kugeln 7o das Gleichgewicht haltende Reglerfeder 7.3 allgeordnet. Das zur Führung
des Teiles 7 2 gegenüber dem Teil 73 dienende Führungsrohr 76 trägt ein Steilgewinde
77. «-elches in ein entsprechendes Muttergewinde 78 eines rohrförmigen Ansatzes
79 eingreift. der tnit einem Zahnrad 8o fest verbunden ist. Dieses Zahnrad ist in
axialer Richtung unverschieblich auf einem zur Antriebswelle i gleichmittig angeordneten
Lagerzapfen 8i drehbar gelagert und greift mit seiner Verzahnung in die Zahnkränze
33 der zum Hinundherdrehetl der Pumpenkolben dienenden drehbaren Hülsen 3-2 ein.
Bei Änderungen der Drehgeschwindigkeit der Welle i erfährt die Kegelfläche 72 samt
ihrem Führungsrohr 76 und dem Gewinde 77 eine axiale Verschiebung im einen oder
anderen Sinn. Diese Verschiebung wird durch das Steilgewinde 77# 78 in eine Drehung
des Zahnrades 8o verwandelt, die sich auf die Zahnkränze 35 und damit auf die einzelnen
Pumpenkolben -2o überträgt. wodurch die Brennstoffzufuhr zur Maschine entsprechend
geregelt wird.