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Taumelkolbenmaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Taumelkolbenmaschine, wie Pumpe, Gebläse. Kompressor, Motor od. dgl., bei der in einem Kugelgehäuse ein schräg gelagerter Taumelkolben an der Umdrehung gehindert wird und besteht darin, dass die Förderflächen des Taumelkolbens mit einem Flächenteil gegen
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Bewegung des Kolbens dessen Förderfläche bestreichen.
Bei allen bekannten Taumelkolbenmaschinen wälzt sieh ein schräg gelagerter, an der Umdrehung gehinderter Kolben mit seinen Förderflächen an den seitlichen Gehäusewandungen oder auch zwischenwandungen ab und die wandernde Berührung zwischen den Kolbenförderflächen und den Gehäuseseitenwandungen wird durch eine Linie gebildet, die lediglich in theoretischer Hinsicht eine einwandfreie Abdichtung zwischen Saug-und Druckraum der Maschine gewährleistet. Rein praktisch ist nicht möglich, durch eine solche Berührungslinie einen dauernden. Abschluss zwischen Saug-und Druckraum aufrecht zu erhalten, da durch Verschleiss, Bearbeitung usw.
die Förderflüssigkeit oder das Fördergas infolge der Potentialdifferenz (Druckunterschied) immer von einem in den ändern Raum überströmen wird. Diese Überströmen vom Druck- zum Saugraum verringert die Arbeitsfähigkeit der Maschine und ver-
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als an diesen Verlusten nötig wäre. Ebenfalls muss zur Erreichung einer bestimmten Förderleistung die Umlaufzahl hoher gehalten werden als bei vollkommener Abdichtung erforderlich wäre, wodurch anderseits der Verschleiss an den Reibungsstellen grösser wird und damit die Undichtigkeit wächst.
Die sich ergebenden Nachteile für Maschinen der in Frage stehenden Art werden erfindungsgemäss vollkommen ausgeschaltet, u. zw. dadurch, dass die Förderflächen des Taumelkolbens mit einem Flächen- teil gegen seitliche umlaufenden Anschnittflächen liegen und dass diese Ansrhnittflächen bei der taumelnden
Bewegung des Kolbens dessen Förderflächen bestreichen.
Ermöglicht wird diese flächenförmige Be- rÜhrung dadurch, dass die Seitenwandungen des Machinenraumes sowohl mit dem Hehräglager des
Kolbens als auch mit der Antriebswelle starr verbunden sind, d. h. dass die Seitenwandungen mit der
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Umdrehung der Antriebswelle die Anschnittfoläche der Seitenwandungen mit der wandernden Berührungs- fläche des Kolbens um und bestreicht die ganze Förderfläche des Taumelkolbens.
Es wird durch das Umlaufen der Gehäuseseitenwandungen gleichzeitig erzielt, dass keine Reibungs-
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Da sich bei direkter Berührung der Anschnittflächen mit den Förderflächen des Taumelkolbens nach bestimmter Betriebsdauer ein Verschleiss zeigt, sieht die Erfindung vor, die Anschnittflächen nicht direkt gegen die Förderfläche des Taumelkolbens laufen zu lassen, so dass zwischen Anschnittflächen und den Förderflächen des Taumelkolbens ein geringer Abstand, beispielsweise von 0'05-0'5 mm besttht.
Es ist also zwischen den Anschnittflächen und den Förderfläche ein Schlitzkanal vorhanden, dessen Weite so zu wählen ist, dass die Forderflüssigkeit von der Druck-zur Saugseite nicht durch den Schutz- kanal überströmen kann.
Infolge der umlaufenden Anschnittflächen wird beim Vorbeilaufen dieser Anschnittflächen an den
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den die Flüssigkeit von der Druck-zur Saugseite strömen könnte. Um dieses zu vermeiden, ist einmal die Länge der Berührungsfläche zwischen Kolbenförderfläehe und der umlaufenden Anschnittfläche grosser als die Breite des quer durch den Kolben laufenden Schlitzes und zum andern wird zwischen der Trennwand und den Sehlitzwandungen des Taumelkolbens ein Durchströmen dadurch vermieden, dass der Taumelkolben nicht direkt mit einem Schlitz über die Trennwand fasst, wie es bisher der Fall war, sondern,
dass bei einem Taumelkolben mit nach aussen divergierenden Förderflächen ein Kegelzapfen und bei einem Taumelkolben mit parallelen Förderflächen ein Zylinderzapfen im Kolbenschlitz drehbar gelagert ist, der seinerseits mit einem Schlitz über die Trennwand fasst. Es wird durch diese Anordnung ein dichter Abschluss erzielt, und gleichzeitig erreicht, dass der Verschleiss zwischen der Trenn-
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konvergierenden Förderflächen, Fig. 9 die Aufsicht auf die bewegten Teile der Taumelkolbenmaschine, Fig. 10 den seitlichen Grundriss des Taumelkolbens nach Fig. 1, Fig. 11 die Wirbeldrosselung des Fördermediums zwischen Gehäuse und Kolbenumfang, Fig. 12 einen Horizontalschnitt durch die bewegten Teile der Maschine zur Erläuterung der einzelnen Winkelgrössen, Fig.
13 einen vertikalen Achssehnitt durch eine Taumelkolbenmaschine, bei der der Taumelkolben die seitlichen umlaufenden Ansehnittflächen nicht berührt, Fig. 14 einen Schnitt nach Linie XIV-XIV der Fig. 13, Fig. 15 einen Querschnitt durch einen Taumelkolben, dessen Förderfläcen zur Vermeidung einer direkten Berührung eingezogen sind.
Nach der Erfindung ist in einem Kugelgehäuse 1 mit seitlichen Einsatzstücken 2 in den Lagerbüchsen J eine Antriebswelle 4 gelagert. Die Welle 4 läuft zu beiden Seiten des Gehäuses in Kugel-
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kegeligen Lagerflächen 9 und 10, deren Kegelscheitel zweckmässig im oder nahezu im Mittelpunkt des Taumelkolbens liegen, wird ein Verecken und damit ein starker Verschleiss des Kolbens im Lager vermieden. Der Taumelkolben 11 besitzt einen Schlitz 12, mit dem er über eine, im Gehäuse 1 gelagerte Trennwand 13 fasst, die Saug-und Druckseite der Maschine voneinander trennt. Links und rechts von
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gieren, ein Kegelzapfen 14 in einer entsprechenden Aussparung des Kolbens gelagert. Dieser Kegel- zapfen. M, wie er in Fig. 3-5 dargestellt ist, fasst mit einem Schlitz 14 a über die Trennwand 13.
Bei der taumelnden Bewegung des Kolbens 11 wird dieser Kegelzapfen 14 vom Kolben mitgenommen und gleitet mit seinem Schlitz 14 a auf der Trennwand 1 : 3 hin und her, wobei sich der Kolben 11 ausserdem um den Zapfen. M hin und her dreht.
Der Kolben 11 kann dadurch seinen Bewegungen hemmungslos folgen, so dass die Reibungsverluste sehr klein sind. Ausserdem wird durch diese Anordnung ein dichter Abschluss zwischen den Kolbenseiten gewährleistet.
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Schräglagen des Kolbens am kleinsten ist, ebenso wie sie bei Taumelkolben mit nach aussen divergierenden Förderflächen dann am kleinsten ist, wenn der Zapfen eine kegelige Form hat.
Die beiden Kugelkalotten 5 und 6 sind nach dem Gehäusemittel hin mit je einer Kege1fläche 5 a und 6 a versehen, die als Seitenwandung für den wirkenden Maschinenraum 15 dienen, der anderseits
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ein Teil herausgeschnitten, 11. zw. so, dass die Schnittfläche 16 einen Kegelflächenteil darstellt, dessen zugehöriger Kegel den Förderflächen 17 des Taumelkolbens 11 entspricht oder auch nahezu entspricht.
Zur Erklärung, wann zwischen den Kolbenförderflächen und den Seitenwandungen des Gehäuses
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der Taumelkolbenwinkel 19 gleich oder grösser als der Winkel 18 (halber Schwenkwinkel) sein. Bei Flächenberührung zwischen den Förderflächen 11 des Taumelkolbens 11 und den beiden Kegelflächen 5 a und 6a muss der Winkel 20 kleiner sein, als zwei Winkel 18 (Schwenkwinkel). Es ist daher dieser entsprechend Winkel 21 kleiner als zwei Winkel 18 (Schwenkwinkel). Die Länge 22 der Anschnittfläche 16, wie die oben angeführte Schnittfläche 16 benannt werden soll, wird grösser, je kleiner der Winkel 21 gewählt wird. Die Länge der Ansehnittfläche 16 muss gleich oder grösser sein als die Schlitzbreite 23 im Kolben.
Dieses ist erforderlich, weil sich zwischen den Anschnittflächen 16 und den Enden 13 a und 13 b der Trennwand 13 eine Öffnung bei der Umdrehung der Seitenwandungen 5 a und 6 a ergibt, durch die das Fördermedium von der Druckseite zur Saugseite überströmen kann (Fig. 9). Bei Stellungen der Anschnittflächen 16 ausserhalb der Trennwand 13 wird eine Abdichtung zwischen Saug- und Druckseite durch das Anliegen der Kegelfläche 5 a und 6 a gegen die Enden 13 a und 13 b der Trennwand 13 bewirkt.
Sobald das vordere Ende der Anschnittflächen 16, bezogen auf die Drehrichtung, an der Trennwand 13 vorbeiläuft, bildet sich der oben genannte Zwischenraum zwischen dem Ende 13 a der Trennwand 13 und der Anschnittfläche 16 (Fig. 1 und 9), der dadurch abgedichtet wird, dass der Taumelkolben 11 an den Stellen 24 und 25 gegen'die Anschnittfläehen 16 liegt, d. h. dass die Länge 22 der An- schnittfläche 16 grösser oder mindestens gleich der Breite 23 des Kolbenschlitzes sein muss.
Wird ein Kolben 11 verwendet (Fig. 1 und 9), bei dem die Lagerflächen 9 und 10 und die Förderflächen 17 des Kolbens 11 nach aussen divergieren und den gleichen Kegel haben, dann laufen die Ansehnittflächen 16 in die kegeligen Lagerflächen 9 und 10 des Kolbenschräglagers über (Fig. 2).
Nach der Erfindung ist es auch möglich, die Flächenabdichtung bei beliebigen Kolbenarten zu erzielen. Hat ein Kolben beispielsweise die Form nach Fig. 8, d. h. die Förderfläche 26 konvergieren nach aussen und die Gehäuseseitenwandungen sind vertikale Ebenen, dann müssen diese Seitenwandungen
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können. Die Seitenwandungen müssen auch hier an der Umdrehung der Welle teilnehmen.
Bei einem Kolben, dessen beiden Förderfläche 17 a parallel zueinander verlaufen (Fig. 7), d. h. bei einem ebenen plattenförmigen Kolben und kegeligen Gehäuseseitenwandungen müssen diese Seitenwandungen eine Anschnittfläche aufweisen, die eine ebene Fläche ist und wieder mit der Welle umläuft.
Es geht aus diesen Ausführungen hervor, dass die mitumlaufenden Seitenwandungen 5 a und 6 a der Taumelkolbenmaschine zur Erzielung einer Flächenabdichtung zwischen den Förderfläche des Kolbens und diesen Seitenwandungen konvexe, konkave oder ebene Anschnittflächen, entsprechend der Form der Förderflächen des Taumelkolbens, aufweisen müssen.
Der Taumelkolben 11 (Fig. 1, 9, 10, 11), der zur Herabsetzung der schwingenden Massen beispielsweise hohl ausgebildet ist, ist am Umfang flansehartig nach innen abgebogen und mit nutenförmigen Aussparungen 27 versehen. Diese Nuten 27 der beiden Kolbenhä1ften 11 a und 11 b (Fig. 10) sind gegeneinander versetzt, so dass die in sie eindringende Flüssigkeit nicht die Saug-und Druckseite der Maschine miteinander verbinden kann. Diese Nuten 27 dienen als Drosselung für die etwa zwischen innerer Ge- häuseumfangswandung und dem Kolbenumfang durchströmende Flüssigkeit, da sich in den Nuten Wirbel bilden (Fig. 11), die eine sogenannte Wirbeldrosselung hervorrufen und ein glattes Durchströmen der Flüssigkeit verhindern.
Es kann daher auf einen Gleitkontakt zwischen Kolbenumfang und Gehäusewandung verzichtet werden, wodurch wieder etwaige Reibungsverluste vermieden sind.
Dadurch, dass die Seitenwandungen 5 a und 6 a der Maschine mit der Welle umlaufen, ist es möglich, eine einwandfreie seitliche Lagerung vorzusehen, indem die nach innen gezogenen Lagerbüchsen 3 a die ganze Fläche der beiden Kugelkalotten 5 und 6 überdecken. Die Abdichtung des Masehinenraumes 15 wird seitlich durch die Packungen 28, 29 erreicht.
Durch die direkte Berührung der Ansehnittfläehe 16 mit den Förderfläche 17 des Taumelkolbens 11 wird nach bestimmter Betriebsdauer ein Verschleiss eintreten, der erfindungsgemäss dadurch vermieden wird, dass die Anschnittfläehen 16 die Forderflächen 17 nicht direkt berühren, sondern zwischen diesen
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geringen Abstand von beispielsweise 0'05-0'5 mm von den Förderfläche 11 (Fig. 13 und 14). Dieser Abstand bzw. diese Weite des Schlitzkanals, wie er in Fig. 14 gezeigt ist, richtet sich nach der Grösse der vorhandenen Potentialdifferenz (Druckunterschied) zwischen Saug-und Druckraum der Maschine und nach der Länge der Ansehnittfläehe 16 bzw. der Länge des Schlitzkanals.
Um den genannten Abstand zwischen den Flächen 16 und 17 technisch zu erreichen, werden entweder die Anschnittflächen 16 (Fig. 13) oder die Förderflächen 17 (Fig. 15) etwas abgeschliffen. Diese Einziehung der Flächen 16 oder 17 durch das Abschleifen kann bei beliebigen Kolbenformen vorgenommen werden, ganz unabhängig davon, ob z. B. die Förderflächen 17 nach aussen divergieren oder konvergieren oder ob sie parallel zueinanderliegen.
Bei dieser Massnahme ist von dem Gedanken ausgegangen worden, dass von der Druck-zur Saugseite der Maschine durch den Schlitzkanal kein Durchströmen der Flüssigkeit stattfinden kann, da sich in dem Schlitzkanal Wirbel bilden, die ein Durchströmen der Flüssigkeit drosseln. Die Erzielung dieser Wirbeldrosselung kann noch dadurch begünstigt werden, dass die Anschnittflächen 16 oder die Förderflächen 17 oder auch beide radial verlaufende Nuten aufweisen, die auf der Zeichnung nicht mit dargestellt sind.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende :
Durch die Welle 4 wird das Schräglager des Taumelkolbens 11 in Umdrehung versetzt, so dass der Kolben 11, der durch die Trennwand 13 und einen geschlitzten Zapfen 14 oder durch ein anderes Mittel an der Umdrehung gehindert wird, eine Schwenkbewegung ausführt, der eine Drehbewegung überlagert ist. Die Grösse der Schwenk- und Drehbewegung ist durch den Winkel des Schräglagerzapfens 8 zur Antriebswelle 4 gegeben. Der Maschinenraum 15 wird durch die Trennwand 13 in Saug- und Druck- raum unterteilt.
Durch die schräge Lage des Kolbens 11 und seine Berührung mit den Seitenwandungen des Gehäuses wird wieder der Saug-und auch der Druckraum in je zwei Kammern unterteilt, die sich bei der taumelnden Bewegung des Kolbens 11 auf der Saugseite abwechselnd von Null auf ein Maximum vergrössern und auf der Druckseite abwechselnd von diesem Maximum bis auf Null abnehmen, so dass ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom durch die Maschine erzeugt wird.
Es wird sich also der Taumelkolben 11 beidseitig an den Gehäusewandungen abwälzen, u. zw. mit Linienberührung, wenn die Seitenwandungen fest stehen und die genannten Bedingungen für die
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ist aber schon der Vorteil gegeben, dass durch das Umlaufen der Seitenwandungen Rdativgesehwindig- keiten und damit Reibungsverluste zwischen Fördermedium und Seitenwandungen vermieden worden.
Wird der Winkel 20, wie nach der Erfindung, auf den Winkel 21 verkleinert, d. h. der Winkel 20 ist kleiner, als der Schwenkwinkel 2 mal M und sind die Seitenwandungen 5 n und 6 a mit Anschnitt-
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Gehäuse gegenüberliegend, flächenförmig mit seinen Förderflächen 17 an die Anschn :
ttflächen 16 an. Wird nun die Welle 4 in Umdrehung versetzt, dann laufen die Ansc. lmittflächen 16 mit um und gleichzeitig werden durch die erzeugte taumelnde Bewegung des Taumelkolbens 11 die Förderflächen 17 des Taumelkolbens von diesen Anschnittflächen 16 bestrichen, d. h. es findet während einer vollen Umdrehung der Welle zwischen den Förderflächen 17 und den Anschnittflächen 16 eine dauernde flächenförmige Berührung statt und damit ist ein vollkommen dichter Abschluss zwischen Saug- und Druckraum der Maschine erzielt. Wie weiterhin ausgeführt, braucht die Berührung zwischen den Förderfläehen 17 und den Anschnittflächen 16 keine direkte zu sein. Es wird aber auch dann ein vollkommen dichter Abschluss erzielt.
Die Kegelflächen 5 a, und 6 s kommen nicht mit den Förderflächen 1'7 in Berührung. Diese Kegelflächen 5 (t und 6 a, haben nur die Aufgabe, mit den Enden der Trennwand 13 dicht abzuschliessen, um dadurch eine Verbindung zwischen Saug-und Druckraum der Maschine zu verhindern.
Damit durch die Maschine auch Flüssigkeiten mit faseriger oder körniger Beimengung gefordert werden können und damit diese Beimengungen nicht zwischen die Anschnittflächen 16 und die Förderflächen 17 gelangen, sind an den Enden der Anschnittfläche 16 Aussparungen 30 vorgesehen, die in eine Abstreichkante 31 auslaufen, durch die die körnigen Teile zurückgehalten werden. Durch die Anordnung dieser Aussparung 30 mit der Abstreichkante 31 wird sogar ein Fördern von körnigen Substanzen, wie z. B. Getreide usw. möglich, ohne dass dadurch irgendwelche Hemmungen in der Maschine auftreten.
Bei der Maschine nach der Erfindung haben alle, den Maschinenraum begrenzenden Teile, mit Ausnahme der Gehäuseinnenwandung 1 eine fortschreitende Bewegung, deren Relativgeschwindigkeit zum Fördermedium gleich Null ist, so dass die Maschine mit geringsten Strömungsverlusten arbeitet.
Da weiter überall eine Flächenabdichtung zwischen den bewegten und feststehenden Teilen bzw. den bewegten Teilen der Maschine gegeben ist und auch besonders zwischen den Förderflächen 17 des Taumelkolbens 11 und den Gehäuseseitenwandungen bzw. den Anschnittflächen 15 eine flächenförmige Abdichtung vorliegt, so kann die Maschine äusserst kompendiös gebaut werden und schon mit ganz geringen Tourenzahlen laufen, wodurch der Verschleiss auf ein Minimum reduziert ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Taumelkolbenmaschine zur Verwendung als Pumpe, Gebläse, Kompressor, Motor od. dgl., bei der in einem Kugelgehäuse ein an der Umdrehung gehinderter Taumelkolben schräg gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderflächen (17) des Taumelkolbens (11) mit einem Fläehenteil
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2.
Taumelkolbenmaschine, bei der ein Taumelkolben in einem Kugelgehäuse schräg gelagert ist und der an der Umdrehung gehindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ansehnittflächen (16) aufweisenden Körper (5, 6) mit der Antriebswelle (1) und dem Kolbensehräglager (8) starr verbunden sind und dass die seitlichen Lagerflächen (9, 10) für den Taumelkolben (11) Kegelflächen sind, deren Scheitel im oder nahezu im Mittelpunkt des Taumelkolbens (11) liegen.