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Verdichter, Pumpe od. dgl. mit kreisenden Kolben.
Die Erfindung bezieht sich auf Pumpen, Verdichter od. dgl., die aus einem Gehäuse mit Einlassund Auslassöffnungen sowie einem äusseren Zahnrad mit Innenverzahnung und einem inneren Zahnrad mit Aussenverzahnung bestehen, die ineinander eingreifen und zueinander exzentrisch angeordnet sind.
Das äussere Zahnrad bat grösseren Durchmesser und eine grössere Anzahl von Zähnen als das innere Rad, wodurch Kammern gebildet werden, deren Fassungsraum vom Berührungspunkt der beiden Teilkreise bis zum Berührungspunkt der beiden Koplkreise auf der einen Seite allmählich zunimmt und von hier bis zum Berührungspunkt der beiden Teilkreise auf der anderen Seite wieder abnimmt, wobei die Zahnköpfe nach zykloidischen Kurven gekrümmt sind.
Ernndungsgemäss sind die Flächen der Zähne und Zahnlücken sowohl des Innen-als auch des Aussenrades nach zusammenhängenden epizykloidischen und hypozykloidischen Kurven gekrümmt, die auf den Teilkreisen der zugehörigen Räder erzeugt werden, wodurch die in E ; ngriff stehenden Flächen der bei der Drehung der Räder sich aufeinander abwälzenden Radzähne jederzeit dicht aneinander liegen, damit an keinem der Berührungspunkte der Zahnräder auf der Druckseite ein Lecken aus einer Kammer in die nächstfolgende stattfinden kann und eine gleitende Reibung zwischen den ineinander greifenden Flächen tatsächlich ausgeschlossen ist.
Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, ein rasche Einströmen zu den Saugkammern dadurch herbeizuführen, dass die Zähne des Innenrades an der voreilenden Seite oder bzw. und die Zähne des Aussenrades an der nacheilenden Seite abgeschrägt werden, wodurch die einzelnen Kammern eine Verbindung erhalten und an der E : nlass eite eine einz'ge grosse Kammer entsteht, ohne dass dadurch die Gestalt der dicht zu haltenden Eingriffsfläehen au der Druckseite geändert oder der Eingriff der Zähm und die Dichtung auf der Druckseite gestört würde.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, die richtige exzentrische Einstellung der Räder zu ermöglichen, um das zuverlässige Zusammenarbeiten der Radzähne und die vollkommene Wirksamkeit der Pumpe zu gewährleisten. Im Sinne der Erfindung sind die Durchmesser der die epi-und hypozykloidischen Kurven erzeugenden Kreise des Aussen-und Innenrades einander gleich und gleich der Exzentrizität der beiden Räder. Das Innenrad sitzt auf einem Fortsatz eines verdrehbaren Zapfens, wobei die Achse des Fortsatzes sowohl zur Achse der treibenden Welle bzw. des Aussenrades als auch zur Zapfenachse exzentrisch liegt. Durch den verdreh-und einstellbaren Zapfen kann eine genaue Ein- stellung vorgenommen werden.
Es sind bereits Pumpen mit ineinander liegenden Zahnkolben bekannt, bei denen die Zahnkronen
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erzeugt werden, dessen Durchmesser zwischen den Teilkreisdurchme-s'rn des Aussen-und Innenrad s liegt. Die Zahnlücken beider Räder sind aber nach anderen Kurven gekrümmt, die der Zahnform des Gegenrades angepasst sind. Beim Zusammenarbeiten solcher Räder ruhen sic die Zähne längs der Kurven der Zahnkronen und Zahnlücken nicht nur im Berührungsplllkt der Teilkreise sondern auch an jenen Stellen, wo die Zähne zwischen dem genannten Punkt und dem Berührungspunkt der Kopfkreise miteinander in Eingriff stehen. Die Wirksamkeit solcher Pumpen ist daher nicht so günstig als die der Pumpen gemäss der Erfindung.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ; Fig. 1 ist ein Längenschnitt durch eine Pumps, Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht des
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und Fig. 6 ein Diagramm, in welchem die Teilkreise in vollen Linien die Stellung der Räder bei richtiger Einstellung der Exzentrizität und der Teilkreis des Innenrades in strichlierten Linien eine fehlerhafte Stellung zeigen.
Das im allgemeinen zylindrische Gehäuse 1 enthält eine zylindrische Pumpenkammer 2, die an einem Ende durch einen Deckel 3 geschlossen ist, der mit dem Gehäuse verbunden wird. Auf der einen Seite des Gehäuses ist der Einlasskanal 4 und auf der anderen der Auslasskanal 5 angeordnet. Der Deckel hat Einlassöffnungen 6, die an den Einlasskanal 4 anschliessen und in die Pumpenkammer münden und eine Auslassöffnung 7, welche die Pumpenkammer mit dem Auslasskanal 5 verbindet. Innerhalb der Pumpenkammer liegt die Antriebsscheibe 8, deren Nabe 9 in einem Kugellager 10 läuft. Die treibende
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Zähne des Rades 14 stehen mit den Zähnen des Innenrades 15 in Eingriff. Das Innenrad 15 dreht sich auf einem Kugellager 16, das auf einer Welle 11 befestigt ist, die einen Fortsatz eines in den Deckel eingesetzten Zapfens 17 bildet.
Der Zapfen 17 und der Fortsatz 11 liegen zueinander exzentrisch und die Achsen beider liegen exzentrisch zur Achse der Welle-M, so dass die Achse des Innenrades 15 zur Achse des Aussenrades 14 exzentrisch angeordnet ist. Das Aussenrad 14 hat mehr Zähne als das Innenrad 15, damit beide Räder bei richtiger Einstellung der Exzentrizität in solcher Weise zusammen wirken, dass ein Ansaugen und Zusammendrücken eines gasförmigen Mittels stattfindet.
Das Aussenrad 14 hat eine Innenverzahnung 314 (Fig. 3) und ist am Umfang so gestaltet, dass es, am zylindrischen Gehäuse dicht anliegend, leicht gedreht werden kann. Das Innenrad 15 hat eine Aussenverzahnung 315. Gemäss dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt es acht Zähne, das Aussenrad hingegen neun Zähne, welche Zähnezahlen aber für die Erfindung belanglos sind.
Die Zahnköpfe 325 des Innenrades, das sind jene Teile des Zahnes, die ausserhalb des Teilkreises 326 liegen, sind nach epizyldoidischen Kurven geformt, die durch einen Punkt auf dem Umfang des Kreises 327 erzeugt werden, wenn er auf der konvexen Seite des Teilkreises 326 des Innenrades abrollt. Die Zahnfüsse 328 des Innenrades, das sind jene Teile, die innerhalb des Teilkreises. 3.'26 liegen, sind nach hypozykloidischen Kurven geformt, die durch einen Punkt auf dem Umfang des Kreises 327 erzeugt werden, wenn dieser auf der konkaven Seite des Teilkreises. 326 des Innenrades abrollt.
Die Zahnköpfe 329 des Aussenrades sind nach hypozykloidischen Kurven geformt, die durch einen Punkt auf dem Umfang eines Kreises 330 erzeugt werden, wenn diese auf der konkaven Seite des Teilkreises 337 des Aussenrades abrollt, wogegen die Zahnfüsse 332 des Aussenrades nach epizykloidischen Kurven gekrümmt sind, die durch einen Punkt auf dem Umfang eines Kreises 330 erzeugt werden, wenn dieser auf der konvexen Seite des Teilkreises 331 des Aussenrades abrollt.
Der Kreis 327, der auf der konvexen und konkaven Seite des Teilkreises 326 des Innenrades und der Kreis 330, der auf der konvexen und konkaven Seite des Teilkreises 331 zwecks Erzeugung der epizykloidischen und hypozykloidischen Kurven abrollt, haben den gleichen Durchmesser, u. zw. ist dieser Durchmesser auch gleich der Exzentrizität des Innenund Aussenrades, die in Fig. 3 durch den Kreis 342 bezeichnet ist.
Bei dieser Ausgestaltung der Räder erfolgt eine wandernde Berührung der Zähne, wenn das Aussenrad gedreht wird und das Innenrad antreibt. Dabei wächst der Hohlraum zwischen den Zähnen des Innen-und Aussenrades von dem Fusspunkt 333, in dem die Zähne vollkommen ineinander greifen, die Halbmesser 335 der beiden Räder zusammenfallen und die Teilkreise 326 und 331 der beiden Räder sich berühren, bis zu dem Kopfpunkt 334, in dem sich die Kopfkreise berühren. Die Seite der Pumpe, auf der eine Vergrösserung der Hohl'paume stattfindet, ist die Saugseite. Auf der Druck- oder Auslassseite der Pumpe nehmen hingegen die Zwischenräume zwischen den Zähnen vom Kopfpunkt 334 bis zum Fusspunkt 333 ab.
Das Abwälzen der Räder hat dabei zur Folge, dass die einzelnen Hohlräume an den Berührungspunkten der Zähne vollkommen dicht voneinander abgeschlossen werden und es erhält bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel keine der Kammern an der Einlass-und Auslassseite eine Verbindung mit benachbarten Kammern. Der dichte Abschluss der Kammern erfolgt auf der Einlassseite am Fusspun1.'"t 333, den Punkten 350, 351 und 352 und am Kopfpunkt 334. Der Abschluss der Kammern auf der Druckseite erfolgt an den Punkten 353, 354, 355, am Kopfpunkt 334 und am Fusspunkt 333.
Infolge des allmählichen Anwachsens des Fassungsraumes der Kammern auf d ? r EInlasseite wird Gas von der Pumpe angesaugt, während die allmähliche Verkleinerung der Hohlräume auf der Auslassseite die Verdichtung veranlasst. Die Höhe der Verdichtung ist bei Pumpen mit unveränderbaren Fassungraum abhängig vom Abstand des Auslasskanales vom Kopfpunkt.
Je weiter der Auslasskanal vom Kopfpunkt und je näher er dem Fusspunkt ist, umso grösser ist die Verdichtung, weil die Hohlräume zwischen den Zähnen vom Kopfpunkt bis zum Fusspunkt allmählich abnehmen ; die Dichte des Gazes zwischen diesen Punkten nimmt fortwährend zu, bis es schliessl-ch durch die Auslassöffnung ausströmt. Zwischen die Zähne des Innen-und Aussenrades kann ein Schmiermittel eingeführt werden. Dieses verbleibt bei Ausgestaltung der Zähnein der beschriebenen Weise in den Hohlräumen zwischen den Zähnen, einschliesslich jenes Hohlraumes, in dem sich die Teilkreise berühren. Auf diese Weise wird der dichte Abschluss aller Hohlräume gewährleistet.
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Durch die beschriebene Ausgestaltung der Zähne wird erreicht, dass die Räume zwischen den Zähnen den grösstmöglichen Farsungsraum erhalten. Weiters wird ein Abwälzen der Zähne bewirkt und eine gleitende Reibung verhindert, wodurch eine Ersparung an Antriebskraft'erzielt wird. Die Breite der Zähne ist dabei derart, dass die Gefahr von Undichtheiten und damit das Zurückfliessen längs der Seitenflächen aus einer Kammer in die nächstfolgende auf ein Mindestmass verringert wird.
Pumpen m : t der beschriebenen Ausgestaltung der Zähne sind insbesondere zum Verdichten von Gas auf einen verhältnismässig hohen Druck geeignet. Beim Pumpen von Flüssigkeiten, wo ke : ne Verdichtung, sondern bloss eine Bewegung stattf, nden soll, kann das E nströmen dadurch erleichtert werden, dass die Zähne des Innenrandes an der voraneilenden Seite abgeschrägt werden, wie dies bei 436 in F ; g. 4
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Seite abgeschrägt sein, wie dies bei 537 in F ; g. 5 angedeutet ist. Dieses Abschrägen der Zähne hat auf der Druckseite der Pumpe nur eine Vergrösserung des Fa, sungsraumes der Hohlräume zur Folge.
Auf der E. nlass3e : te erfolgt aber hiedurch eine Verbindung der Hohlräume, die eine einz'ge lange Kammer bilden, ohne dass dadurch der Eingriff der Zähne und der dichte Abschluss der Kammern auf der Druckseite behindert würde.
Bei der Massenhertellung der Pumpe und ohne besondere Hilfsmaschinen ist es schwer, die genau richtige Exzentrizität der Räder zu erhalten, die dann erreicht ist, wenn die Teilkreise einander berühren ; nur in diesem Fall kann der richtige E ngriff unter Abwälzung der Zähne stattfinden. Wie bereits beschrieben, liegt der Zapfen 17 zur Achse der treibenden Welle 13 exaentrisch und ist mit einem Fortsatz 11 ausgestattet, der sowohl zur Zapfenachse 17 als auch zur Achse der Welle 13 exzentrisch liegt.
E nWeg, die genaue Einstellung ohne besondere Mühe zu ermöglichen, wird durch die Fig. 6 veranschau-
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die Exzentrizität in bezug auf den Teilkreis 640 des Aussenrades 14 die richtige ist und beide Teilkreise eine gemeinsame Tangente 660 besitzen. Der in striche erten Linien gezeichnete Teilkreis 650 des Innenrades 15 zeigt jene Stellung, bei der die Exzentrizität unrichtig eingestellt ist. Im Diagramm der Fig. 6 bezeichnet der Punkt 626 die Achse des Ausscnrades und d-r Plut 627 die Achs des Innnrades und des Wellenfortsatzes. 11. Der Punkt 628 bezeichnet die Achse des Zapfens 17, der das Innenrad trägt. Der Halbmesser des Kreises 630 ist der Exzentrizität der beiden Räder genau gleich.
Gemäss Fig. 6 muss der die Achse des Wellenfortsatzes 11 darstellende, von einem Kreis in vollen L'men eingeschlossene Punkt 627 jeweils auf dem Umfang des Kreises 630 liegen, wenn die Exzen- trizität zwischen den Teilkreisen 650 und 640 die richtige ist. In derselben Figur bezeichnet der von einem in strichlierten Linien gezeichneten Kreis eingeschlossene Punkt 627 der Achse des Wellenfortsatzes 11 eine zufällige Einstellung, bei der die Exzentrizität unrichtig ist, weil der Teilkreis 650 die in strichherten Linien dargestellte Lage einnimmt.
Hat die Achse 627 des Fortsatzes 77 eine unrichtige Einstellung, so ist es durch Drehung des Zapfens 17, der durch einen den Punkt 628 in vollen L'nien umschliessenden Kreis angedeutet ist, leicht möglich, die Achse 627, die auch die Achse des Innenrades ist, in den Kres 630 zu bringen, d. h. in einen solchen Abstand vom Punkt 626, der die Achse des Aussenrades darstellt, dass die Zahnräder die erforderliche Exzentrizität erhalten und die Teilkreise sich im Punkt 625 berühren. Der Zapfen 17 kann mit irgend einer beliebigen Errichtung zur Verdrehung und Einstellung ausgestattet sein. Nach erfolgter Erstellung wird er befestigt.
Durch die beschriebene Ausgestaltung ist es leicht möglich, auch den kleinsten Fehler, der bei der Herstellung hinsichtlich der Exzentr : z'tät der Räder entsteht, in einfacher Weise beim Zusammenfügen der Teile zu beheben und fehlerhafte Einstellungen, die sich etwa während des Betriebes ergeben, wieder zu verbessern.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verdichter, Pumpe od. dgl. mit kreisenden Kolben, die von zwei ineinander greifenden Zahnkränzen eines Innen-und eines Aussenrades mit nach zykloidischen Kurven gekrümmten Zahnköpfen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Zähne und Zahnlücken sowohl des Innenas auch des Aussenrades nach zusammenhängenden epizykloidischen und hypozykloidischen Kurven gekrümmt sind, die auf den Teilkreisen der zugehör'gen Räder erzeugt werden.
2. Maschine nach nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der die epi-und hypozykloidischen Kurven erzeugenden Kreise (327, 330) des Aussen-und Innenrades einander gleich sind und gleich sind der Exzentrizität der beiden Räder.
3. Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne eines oder beider Räder derart geformt sind, dass auf der Einlassseite eine einz'ge zusammenhängende Kammer steht, der dichte Abschluss der Kammern an der Auslassseite aber aufrechterhalten bleibt.