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Rotierende Flüssigkeitsmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende Flüssigkeitsmaschine, wie Pumpe, Motor, Messgerät, Getriebe od. dgl., bei der in einer mit Einlass-und Auslassöffnung versehenen zylindrischen Arbeitskammer ein gegen ihre Umfangswand dichtend angeordneter ringförmiger Drehkörper umläuft, der radial von seinem inneren Umfang sich erstreckende Ausnehmungen aufweist, in die axialliegende Zapfen eines zum ersteren exzentrisch angeordneten zweiten ringförmigen Drehkörpers eingreifen.
Solche rotierende Flüssigkeitsmaschinen vermeiden eine ungleichmässige, pulsierende Förderung, die unerwünschte Druckpulsationen, Vibrationen und Geräusche hervorruft, ein Effekt, der besonders bei Zahnradpumpen auftritt, wo die Flüssigkeit an den Eingriffstellen der Zähne gepresst wird, was die Doppeldichtungsfunktion der Zähne bewirkt. Es können dabei besonders bei schnellaufenden Maschinen zerstörende Drücke auftreten.
Solche Maschinen sind jedoch nur schwer herzustellen, weil sie mit grösster Präzision gearbeitet sein müssen. Die Einzelteile müssen mehrfach genau auf Drehbänken eingespannt und bearbeitet werden. Die Drehkörper sind einem erheblichen Drehmoment ausgesetzt. Überdies bereitet die Abdichtung und Lagerung bei den auftretenden hohen Drücken Schwierigkeiten.
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch, dass der mit den axialen Zapfen versehene ringförmige Drehkörper innerhalb des mit den radialen Ausnehmungen versehenen ringförmigen Drehkörpers angeordnet ist, wobei zwischen dem Einlass und Auslass einerseits ein sichelförmiger Nabenteil dichtend gegen die Innenseite des äusseren Drehkörpers und die Aussenseite des inneren Drehkörpers und anderseits ein mit dem inneren Drehkörper konzentrischer Nabenteil dichtend gegen die Innenseiten beider Drehkörper angeordnet ist.
Die Bearbeitung des Gehäuses erfordert keine Änderung des Aufspannens des Arbeitsstilckes in der Drehbank. Der Einsatzkörper kann durch die in ein und demselben Aufspannen gedrehten Mantel- und Lagerflächen genau konzentrisch eingesetzt werden.
Durch den kleinen Radius der Kolbendrehkörper der Erfindung wird das Drehmoment entsprechend klein. Der Dichtungskörper, der kein Drehmoment aufnimmt, wird einem einseitigen hydraulischen Druck ausgesetzt, was eine gute Lagerung desselben erfordert. Die Lagerfläche ist dadurch erheblich vergrössert, dass der Dichtungskörper von der grossen kreiszylindrischen Mantelfläche getragen wird.
Der erste Drehkörper dichtet mit seinen Zähnen nicht nur an der Aussenwand der Arbeitskammer ab, sondern auch an einer Zentralnabe, die eine exzentrisch bezüglich der Arbeitskammer laufende Nut aufweist. Der zweite Drehkörper dichtet mit seinen Zapfen lediglich in dieser exzentrischen Nut ab und greift in den Zwischenraum zwischen den einzelnen Zähnen des ersten Drehkörpers nur ein.
Die axialen Zähne dienen nur zur Abdichtung und beeinflussen nicht die Durchflusskapazität der Flüs- sigkeitsmaschine. Diese ist nur durch die Dimension der in die Arbeitskammer ragenden axialen Zapfen bestimmt.
Diese Zapfen müssen sich nicht über die ganze Länge der Arbeitskammer erstrecken.
Ein Teil der Erfindung bezieht sich auf die Regulierung der Kapazität der Flüssigkeitsmaschine. Zur Regulierung sind Gleitführungen zur axialen Verschiebung des zweiten Drehkörpers vorgesehen. Dadurch wird erreicht, dass die Zapfen einen grösseren oder kleineren Raum der Arbeitskammer aufnehmen. Diese Gleitführungen bilden denGrundteil der Nut der Zentralnabe und bewirken gleichzeitig die Abdichtung der
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Zähne In der Nut.
Die Zapfen des zweiten Drehkörpers können die Zähne des ersten direkt antreiben. Die beiden Drehkörper können auch auf eine andere Art synchronisiert angetrieben sein, so dass die Zusammenarbeit der beiden Drehteile gesichert ist.
Die Erfindung kann auf verschiedene Arten verwirklicht werden. In den Zeichnungen sind drei Ausfahrungsbeispiele dargestellt, ohne dass sich die Erfindung jedoch darauf beschränkt.
Die Fig. l zeigt einen durch die Rotationsachsen gehenden Längsschnitt einer erfindungsgemässen Aus-
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aus Fig. 6. Die Fig. 11 ist ein Längsschnitt durch die Rotationsachsen einer dritten Ausführung ; die Fig. 12 ist ein Kreuzrissschnitt längs der Linie XII - xn aus Fig. 11 : die Fig. 13 ist ein Teilschnitt, der einige Details der Ausführung gemäss Fig. 11 zeigt.
Gemäss den Fig. 1-5 befinden sich die Drehkörper in einem aus einem Mittelteil la, einem Zwischenteil Ib, einem vorderen Endteil 1c und einem hiuteren Endteil 1d bestehenden Gehäuse 1; ein Lager 2 für die Achse 3 des einen Drehkörpers 3a ist im hinteren Endteil angeordnet. Diese Achse kann mit einem Motor oder einem andern Antrieb verbunden sein. Der Drehkörper 3a ist als Scheibe mit gleichmässig verteilten, parallel zur Achse verlaufenden Bohrungen 3b ausgebildet. Die Ränder der Bohrungen 3b können sich mit dem Rand der Scheibe überschneiden.
Zylindrische Zapfen 4 sind in die Bohrungen 3b eingesetzt und ragen auf beiden Seiten der Scheibe 3a her vor. Der rückwärts (rechts in Fig. 1) herausragende Teil jedes Zapfens 4 ist in einer Haltescheibe 5, die auf der Achse des Drehkörpers 3 verschiebbar ist, fest gelagert. Die Haltescheibe 5 ist mit einem Stützteil 7 über ein Lager 8 so verbunden, dass sie sich frei in bezug auf den Stützteil 7 drehen kann. Die Haltescheibe 5 und der Stützteil 7 greifen in eine passende Vertiefung einer Nabe 6 ein, die axial verschiebbar ist und sich bis zum vorderen Endteil lc erstreckt. Eine Schraubspindel 11 ist verschraubbar in einer mit einem Gewinde versehenen Bohrung im vorderen Endteil gelagert.
Diese Spindel 11 ist drehbar mit der Nabe 6 verbunden, über einen Hals und einem Endteil 10 sowie einem mit der Nabe 6 verbundenen Futter 9, welches den Spindelhals lagert. Dadurch überträgt sich eine axiale Verschiebung der Spindel 11 durch Drehen des Handrades 12 auf die Nabe 6.
Die Zapfen 4 ragen in eine zylindrische Arbeitskammer der Maschine. Diese Kammer hat einen grö- sseren Durchmesser als die die. Zapfen 4 tragende Scheibe 3a. Die zylindrische Arbeitskammer ist durch den Gehäuse-Mittelteil la und den Zwischenteil lb begrenzt. Die in die Arbeitskammer ragenden Teile der Zapfen 4 greifen in Zahnlücken 15b zwischen Zähnen 15a am Umfang eines zylindrischen Drehkörpers 15, der drehbar in der Arbeitskammer gelagert ist, ein. Die Zähne 15a dieses Drehkörpers 15 berüh- ren mit ihrer Aussenfläche die innere Umfangsfläche der Arbeitskammer und mit ihrer Innenfläche eine konvexe Zylinderfläche eines halbmondförmigen Teiles der Nabe 6.
Die konkave zylindrische Fläche des halbmondförmigen Teiles bildet zusammen mit der Zentralnabe 13 einen bogenförmigen Kanal 14, der eine Gleitpassung für die Zapfen 4 bildet.
Die Nabe 6 ist längs der Zentralnabe 13 zusammen mit der Haltescheibe 5 und den Zapfen 4 verschiebbar. Eine Anschlagfläche 6a zwischen der konkaven zylindrischen Fläche des halbmondförmigen Teiles der Nabe 6 und der Zentralnabe 13 bilden eine dichtende Gleitpassung mit den Enden der Zapfen 4. Die Oberfläche der vom Kanal 14 abgewendeten Seite der Zentralnabe 13 ist eine Fortsetzung der konvexen zylindrischen Oberfläche des halbmondförmigen Nabenteiles 6 und ist genügend gross, um die Zahnlücke 15b zwischen zwei Zähnen 15a zu überbrücken (Fig. 4 und 5).
Einlass- und Ausströmöffnung 16 und 17 sind auf verschiedenen Seiten einer durch die Drehachsen gehenden Ebene angeordnet (Fig. 4). Diese Öffnungen sind durch eine Wand getrennt, die mindestens so stark ist, dass sie eine Zahnlücke 15b zwischen zwei Zähnen 15a überbrückt.
In der erfindungsgemässen Maschine dient der Drehkörper 15 lediglich zur Abdichtung, wogegendie Durchflusskapazität lediglich durch den Drehkörper 3a und die Zapfen 4 bestimmt ist. Die Durchflusska- pazität errechnet sich aus dem Volumen zwischen zwei Zapfen 4 im ringförmigen Kanal 14 mal der Zahl der Zapfen mal der Umdrehungen pro Zeiteinheit.
Der Durchfluss ist konstant, abgesehen von Schwankungen der Drehzahl des Antriebes, da er nur durch das gleichmässigeRotieren desDrehkörpers 3a und der Zapfen 4 bestimmt wird. Eine Pulsation des Durchflusses tritt nicht auf.
Da der Drehteil 15 nur zur Abdichtung dient und nicht den Durchfluss beeinflusst, ist die Genauigkeit der Form und des Abstandes der einzelnen Zähne belanglos. Auch eine unregelmäMgeRotation dieses
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Teiles ist ohne Bedeutung.
Ein Zusammenpressen der Flüssigkeit ist nicht möglich, weil bei Eingriff der Zapfen 4 in die Zahnlücken 15b genügend Raum um die Zapfen 4 frei bleibt. Dieser Umstand ist besonders wichtig, wenn die Maschine als Pumpe arbeitet, weil bei einem unregelmässigen Durchfluss unerwünschte Kavitationserschei- nungen und Lärm auftreten können, wenn die Maschine ein Teil eines hydraulichen Getriebes ist, das Vibrationen nicht verträgt, oder wenn die Maschine als Durchflussmesser verwendet wird, wobei die Winkelbewegung exakt der durch den Messer fliessenden Durchflussmenge entspricht.
Durch Verändern der Länge der in die Arbeitskammer ragenden Teile der Zapfen 4 mit Hilfe der Nabe 6 und der Einstellglieder 9 - 12 kann die Durchflusskapazität von der vollen Leistung bis annähernd Null kontinuierlich geregelt werden.
Die Fig. 6-10 zeigen eine zweite Ausbildung der Flüssigkeitsmaschine. Im Gehäuse 21 ist ein Achslager 24 zur Aufnahme einer Achse 20 angeordnet. Diese Achse 20 ist mit einem im Gehäuse 21 mit einem Lager 23 drehbar gelagerten Stützteil 22,22a verbunden, der Axialbohrungen zur Gleitführung von Zapfen 25 aufweist. Die Form der Zapfen 25 entspricht jener der Zapfen 4 der ersten Ausführung. Die Zapfen 25 greifen mit Vorsprüngen 25a in eine Verengung zwischen zwei Ansätzen 26a und 26b einer Gleitnabe 26 ein. Die Gleitnabe ist mit nicht gezeichneten Vorrichtungen axial verstell-und einstellbar.
Eine Lagerfläche 27 zwischen den Vorsprüngen 25a und den Verengungen der Gleitnabe 26 gestattet der Einheit mit den Zapfen 26, sich frei zu drehen.
Die Zapfen 25 erstrecken sich in eine Arbeitskammer und greifen in Zahnlücken eines drehbaren Abdichters 29 mit grösserem Durchmesser ein, der dem Drehkörper 15 der Fig. 1 entspricht.
In dieser zweiten Ausführung bildet die Gleitnabe 26 eine Zentralnabe 26b, die eine Nut 34 zur Aufnahme eines Riegels 35 aufweist, der an einem Ende mit einem halbmondförmigen Kopf 35 (Fig. 6 und 8) und am andernEnde mit einem in einen festen Teil 30 des Gehäuses 21 eingreifenden Vorsprung 36 versehen ist. Dieser feste Teil ist durch einen Bolzen 33 gehindert. Winkelbewegungen durchzuführen.
Eine als Teil des Gehäuses ausgebildete halbmondförmige Teilachse 28 korrespondiert mit der Innendreh fläche des Abdichters 29 und der Aussendrehfläche der Zapfen 25, so dass ein bogenförmiger Kanal zwischen der halbmondförmigen Teilachse 28 und dem Gleitnabenteil 26b gebildet ist.
Die Zahnlücken des Abdichters 29 erweitern sich längs eines axialen Teiles ihrer Länge so weit, dass genügend Raum für die Zapfen 25 bei ihrem Eingriff in die Zahnlücken vorhanden ist.
Axiale Einlass- und Auslasskanäle 31 und 32 sind im festen Teil 30 vorgesehen und greifen durch das Gehäuse 21 zur Verbindung mit entsprechenden Leitungen durch.
DieFunktion dermaschine gemässfig. 6-10 entspricht der ersten Ausführung, dieanHandderFig. 1-3 beschrieben wurde.
Durch die zentrale Anordnung der Gleitnabe 26 werden Einstellkräfte auf den inneren Drehkörper 22-25 symmetrisch in bezug auf die Rotationsachse übertragen, so dass keine störenden Kräfte auftreten können.
Die Fig. 11-13 zeigen eine dritte Ausführung, die besonders für Messzwecke geeignet ist.
In einem schalenförmigen Gehäuseteil 37 ist ein Einsatz 38 angeordnet, der sowohl den halbmond- förmigen Teil zwischen dem Abdichter40 und einem inneren Motor als auch die Zentralnabe bildet.
Die Arbeitskammer dieses Flüssigkeitsmessers ist vom Gehäuseteil 37 und dem Einsatz 28 gebildet.
Der Abdichter 40 ist in der Arbeitskammer in einem an einen Achsstummel 40a angreifenden, im Ge- häuseteil 37 befindlichen Lager und einem Lager am Einsatzteil 38 drehbar angeordnet. Der Abdichter 40 ist eine Scheibe mit axialen Zähnen40b an derUmfangskante, in die axiale Zapfen 43b des Drehteiles 43 eingreifen. Eine Achse 43a des Drehteiles 43 ist in einer Abdeckplatte 39 drehbar gelagert, die am Einsatz 38 befestigt ist.
Zur Synchronisation der beiden drehbaren Teile 40 und 43 hat die Achse 43a des inneren Drehteiles 43 eine Verlängerung 44, die an ihrem Ende mit einem Zahnrad 45 fest verbunden ist. Dieses Zahnrad 45 greift in ein Zahnrad 46 des Abdichters 40 durch ein Zwischenrad 47 ein, das am Einsatz 38 angeordnet ist.
Da die axialen Zapfen 43b des Drehteiles 43 erst in jeden zweiten Zwischenraum zwischen den Zähnen40b des Abdichters 40 eingreifen, können die von den axialen Zapfen 43b nicht genützten Zwischenräume mit einem Endteil 40c ausgestattet werden, die den Abdichter 40 starrer machen. Bemerkt sei, dass die Zähne 40b eine nur geringe Umfangsbreite haben dürfen, weil ansonsten der Auslass vom Kanal, der von der Zentralnabe und dem zunehmend stärker werdenden Teil gebildet ist, zeitweilig geschlossen wird.
Infolge der Synchronisierung durch die Zahnräder 45 - 47 können die Oberflächen der Zahnzwischen-
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räume des Abdichters und der Zähne 43b des inneren Rotors unbearbeitet bleiben, weil die Oberflächen der besagten Elemente nicht miteinander in Berührung kommen. Es können daher diese Elemente gegossen werden, und nur ihre Stimflächen erfahren eine maschinelle Bearbeitung, damit sie die Aufgabe der Abdichtung erfüllen können.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Rotierende Flüssigkeitsmaschine, wie Pumpe, Motor, Messgerät, Getriebe od. dgl., bei der in
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dichtend angeordneter ringförmiger Drehkörper umläuft, der radial von seinem inneren Umfang sich erstreckende Ausnehmungen aufweist, in die axialliegende Zapfen eines zum ersteren exzentrisch angeordneten zweiten ringförmigen Drehkörpers eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass der mit den axialen Zapfen (4) versehene ringförmige Drehkörper (3a) innerhalb des mit den radialenAusnehmungen (15b) versehenen ringförmigen Drehkörpers (15) angeordnet ist, wobei zwischen dem Einlass (16) und Auslass (17) einerseits ein sichelförmigerNabenteil dichtend gegen die Innenseite des äusseren Drehkörpers (15) und die Aussenseite des inneren Drehkörpers (3a, 4)
und anderseits ein mit dem inneren Drehkörper (3a, 4) konzen- trischer Nabenteil (13) dichtend gegen die Innenseite beider Drehkörper (4 bzw. 15) angeordnet ist.