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Rotationsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine, die als Pumpe, Motor oder Messgerät verwendbar ist und einen Stator sowie einen Rotor umfasst, deren einander zugekehrten Oberflächen zylindrisch und koaxial sind, wobei an einem dieser relativ zueinander drehbaren Maschinenteile Schieber, Klappen oder Flügel angeordnet sind, die dichtend an der gegenüberliegenden Oberfläche des andern Maschinenteiles anliegen, wogegen am die Schieber od. dgl. nicht enthaltenden Maschinenteil ein gegebenenfalls radial verschiebbares Dichtungsstück angeordnet ist, das dichtend an der gegenüberliegenden Oberfläche des andern Maschinenteiles anliegt, und wobei beiderseits dieses Dichtungsstückes Steuerstücke angeordnet sind, welche die Schieber od. dgl.
von der Dichtfläche des mit ihnen zusammenwirkenden Maschinenteiles zu der Dichtfläche des Dichtungsstückes lenken.
Bei bekannten Maschinen dieser Art, die zwei um 1800 gegeneinander versetzte Schieber aufweisen, welche den Ringraum zwischen Stator und Rotor in zwei Abschnitte unterteilen, ist zwischen Ein- laps-fund Auslassöffnung zwangläufig jeweils nur ein abdichtender Schieber wirksam. Aber auch bei den bisher bekannten Maschinen mit mehr als zwei gleichmässig gegeneinander winkelversetzten Schiebern übt zwischen Einlass- und Auslassöffnung zumindest in bestimmten relativen Winkellagen von Stator und Rotor nur ein einziger Schieber tatsächlich eine Dichtungsfunktion aus, weil sich die Steuerstücke für die Schieberbewegung über einen so grossen Zentriwinkel erstrecken, dass alle übrigen Schieber noch oder bereits von der Dichtfläche abgelenkt worden sind.
Aus den geschilderten Gründen besteht bei den bekannten Maschinen keine gute Trennung zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen und es treten erhebliche Spaltverluste auf.
Die geschilderten Mängel werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass die Anzahl n der Schieber od. dgl. mindestens drei beträgt und dass die die Schieber od. dgl. lenkenden Steuerstücke zwischen Rotor und Stator einen zylindrischen Ringraumsektor mit einem Zentriwinkel von mindestens 47T In freilassen, so dass in jeder Relativlage zwischen Rotor und Stator mindestens zwei, eine geschlossene Kammer bildende Schieber od. dgl. an der zylindrischen Oberfläche des mit ihnen zusammenwirkenden Maschinenteiles anliegen.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemässen Maschine im Ringraum zwischen Rotor und Stator stets zumindest zwei Schieber od. dgl., die zwischeneinander eine geschlossene Kammer bilden, abdichtend wirksam sind, werden sowohl bei der Verwendung der Maschine als Pumpe wie als Motor oder als Messgerät die Spaltverluste, welche die Wirtschaftlichkeit oder Genauigkeit beeinträchtigen, auf ein bei andern Rotationsmaschinen nicht erreichbares Minimum herabgesetzt.
Überdies hat die erfindungsgemässe Maschine einfachen und übersichtlichen Aufbau. Sie stellt sowohl hinsichtlich ihrer Herstellung als auch ihrer Wartung, Reinigung, der leichten Austauschbarkeit etwa verschlissener Teile, keine hohen Anforderungen.
Die erfindungsgemässe Maschine lässt sich als Pumpe für Flüssigkeiten oder Gase in der mannigfachsten Form einsetzen, sowohl für einfache Förderzwecke als auch zur Erzeugung von hohen Drücken. Für diesen letzteren Zweck ist die ausgezeichnete Abdichtung zwischen Saug- und Druckraum besonders wichtig ; es empfiehlt sich in diesem Zusammenhang die Anwendung einer grossen Anzahl von Schiebern.
Da die jeweils zwischen zwei Schiebern gebildete Kammer während der Rotordrehung keinerlei Veränderung erfährt, ist die erfindungsgemässe Maschine auch als Messgerät brauchbar. Wahrend jedes
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einzelnen Winkelgrades einer vollen Umdrehung ist die geförderte Menge immer gleich. Dies ist aber eine Voraussetzung für ein exakt arbeitendes Messgerät, sei es für Flüssigkeiten oder Gase.
Als kombinierte Pumpe und Messgerät kann die erfindungsgemässe Maschine für Dosierzwecke in der chemischen Verfahrenstechnik Anwendung finden, wo pulsationsfrei arbeitende Dosierpumpen, besonders im Zusammenhang mit kontinuierlichen Prozessen, sehr erwünscht sind.
Schliesslich kann die erfindungsgemässe Maschine sehr vorteilhaft auch als Arbeitsmaschine oder
Motor verwendet werden, angetrieben durch eine Druckflüssigkeit, wie z. B. Drucköl oder Druckgas.
Beim Antrieb durch eine nicht kompressible Flüssigkeit, wie Drucköl, ist ein besonderer Vorteil dieser
Maschine darin zu sehen, dass das Drehmoment im Gegensatz zu bekannten Rotationsmotoren während der gesamten Umdrehung völlig gleichmässig bleibt.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Querschnitt, Fig. 2 einen Axialschnitt und Fig. 3 ein Detail in perspektivischer
Darstellung.
In einem zylindrischen Gehäuse --1--, nachfolgend Stator genannt, läuft koaxial ein zylindrischer
Rotor --2--. Zwischen der Innenwandung des Stators und dem Rotor befindet sich ein ringförmiger Ar- beitsraum. Der Rotor ist in bekannter Weise mit vier Schiebern --3-- versehen, die durch den Druck von Federn --4-- abdichtend gegen die Innenfläche des Stators gedrückt werden. Nach der Wirkungs- weise der erfindungsgemässen Maschine genügen jedoch bereits drei um 1200 versetzte Schieber. An- derseits kann die Zahl der Schieber nach oben beliebig erhöht werden.
Zur Unterteilung des Ringraumes zwischen Stator und Rotor ist ein breites Dichtungsstück --10-- vorgesehen, das radial verschiebbar und gut dichtend im Stator sitzt und mit einer Feder --7-- gegen den Rotor --2-- gedrückt wird, so dass seine gewölbte Stirnfläche, wie in den Zeichnungen veranschau- licht, sich gut schliessend an die zylindrische Oberfläche des Rotors anschmiegt. Dieses Dichtungs- stück --10-- braucht nicht in allen Fällen verschiebbar zu sein, es kann auch fest in den Stator einge- passt sein. Von der festen Einpassung kann insbesondere dann Gebrauch gemacht werden, wenn die zu fördernden Medien keine verschleissenden Eigenschaften haben, beispielsweise bei der Förderung von reinen Flüssigkeiten oder Gasen.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemässen Maschine liegt darin, dass die bogenförmigen
Steuerstücke-5 und 6-- zwischen Stator und Rotor einen Ringraumsektor von 411" In freilassen, wobei n die Anzahl der Schieber ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Schiebern lassen die Steuer- stücke --5 und 6-- im Ringraum zwischen Stator und Rotor einen Sektor von 1800 frei. Dies hat zur Fol- ge, dass in jeder Winkellage des Rotors zumindest zwei Schieber abwechselnd an der Innenfläche des
Stators anliegen.
Bei der in Fig. 1 der Zeichnungen durch einen Pfeil --A-- angegebenen Drehrichtung hat das Steuer- stück --5-- die Aufgabe, die Schieber zu führen und bei der Drehung bündig in die Rotoroberfläche zu drücken, so dass sie ohne Schwierigkeit unter dem Dichtungsstück-10-passieren können. Das Steuer- stück --6-- steuert sodann die Schieber so, dass sie allmählich aus dem Rotor heraustreten, um schliess- lich wieder an der Statorinnenfläche anzuliegen.
Die Steuerstücke --5 und 6-- können gegenüber dem Arbeitsraum sehr schmal sein. Eine zweck- mässige Gestaltung ist in perspektivischer Darstellung in Fig. 3 veranschaulicht. Hier sind zwei gleich- geformte und gleichgrosse Steuerstücke angedeutet, zwischen welchen sich ein schmaler Zwischenraum befindet. In diesen mündet die Ein- bzw. Auslassbohrung --9 bzw. 8--.
Diese Steuerstücke können natürlich auch in jeder andern beliebigen Art ausgeführt werden, wichtig ist nur, dass sie den Arbeitsraum nicht ausfüllen, sondern dass ein ausreichend grosser freier Raum ver- bleibt, in den die Ein- bzw. Auslassbohrung einmündet.
Gemäss einer andern Ausführungsform kann man die Steuerstücke auch so gestalten, dass sie die
Breite des Arbeitsraumes zwar ausfüllen, auf der dem Rotor zugekehrten Seite aber eine ausreichend tiefe Nut tragen, in welche wieder die Ein-bzw. Auslassbohrungen münden. Beiden Ausführungsformen ist jedenfalls gemeinsam, dass während der gesamten Laufperiode eines Schiebers entlang dem Steuer-
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der Rotordrehung das Steuerstück verlässt und am Stator anliegt, die vorhergehende Kammer zum nächsten Schieber sich ausreichend füllen konnte.
Die Arbeitsweise ist nun leicht verständlich.
Wenn der Schieber --12-- sich im Uhrzeigersinn (Fig. l) bewegt, wird durch die Bohrung --9--
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Flüssigkeit oder Gas eingesaugt, bis er in die Stellung --13-- gelangt ist. In dieser Stellung schliesst der nächste Schieber die Verbindung zur Ansaugöffnung ab und es folgt das gleiche Spiel. Das nun zwischen zwei Schiebern, dem Rotor und dem Stator eingeschlossene Volumen bleibt während der weiteren Dre- hung unverändert gleich gross. Sobald das Steuerstück --5-- erreicht ist, wird der Schieber vom Stator abgehoben und die Verbindung zum Auslass --8-- freigegeben. Das vorher in der geschlossenen Kammer zwischen zwei Schiebern eingesperrte Medium wird nun aus der Maschine ausgeschoben.
Die verschiebbare Ausführung des Dichtungsstückes-10--, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, verleiht der Maschine die besondere Möglichkeit, mit Medien zu arbeiten, die feste und verschlei- ssende Bestandteile enthalten. Hier ist besonders willkommen, dass die Kanten des Dichtungsstückes eine zurückhaltende und abstreifende Wirkung haben, so dass sie das Eindringen solcher festen Substanzen in den Dichtspalt verhindern. Für diesen speziellen Fall empfiehlt es sich, die Steuerstücke --5 und 6-- so zu gestalten, dass die abstreifende oder abschabende Wirkung der Kanten des Dichtungsstückes --10-- besonders wirksam ist.
Die dargestellte Rotationsmaschine kann dadurch abgewandelt werden, dass der Rotor feststeht und sich das Gehäuse zentrisch um ihn bewegt. Eine weitere Abwandlung besteht darin, dass die Schieber im
Stator untergebracht werden, wobei dann das Dichtungsstück und die Steuerstücke --5 und 6-- auf einem
Rotor sitzen, in welchem sich Ein- und Auslassbohrungen befinden. Schliesslich können die Schieber auch durch gleichwirkende Flügel oder Klappen ersetzt werden. Es ist weiterhin möglich, dass die Schieber,
Flügel oder Klappen nicht durch Federn od. dgl., sondern durch Zentrifugalkraft zur dichten Anlage an der Abdichtfläche gebracht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rotationsmaschine, die als Pumpe, Motor oder Messgerät verwendbar ist und einen Stator sowie einen Rotor umfasst, deren einander zugekehrten Oberflächen zylindrisch und koaxial sind, wobei an einem dieser relativ zueinander drehbaren Maschinenteile Schieber, Klappen oder Flügel angeordnet sind, die dichtend an der gegenüberliegenden Oberfläche des andern Maschinenteiles anliegen, woge- gen am die Schieber od. dgl. nicht enthaltenden Maschinenteil ein gegebenenfalls radial verschiebbares
Dichtungsstück angeordnet ist, das dichtend an der gegenüberliegenden Oberfläche des andern Maschi- nenteils anliegt, und wobei beiderseits dieses Dichtungsstückes Steuerstücke angeordnet sind, welche die
Schieber od. dgl.
von der Dichtfläche des mit ihnen zusammenwirkenden Maschinenteiles zu der Dicht- fläche des Dichtungsstückes lenken, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der Schie- ber (3) od. dgl. mindestens drei beträgt und dass die die Schieber od. dgl. lenkenden Steuerstücke (5,6) zwischen Rotor und Stator einen zylindrischen Ringraumsektor mit einem Zentriwinkel von mindestens
4 jr/n freilassen, so dass in jeder Relativlage zwischen Rotor und Stator mindestens zwei, eine geschlos- sene Kammer bildende Schieber od. dgl. an der zylindrischen Oberfläche des mit ihnen zusammenwir- kenden Maschinenteiles anliegen.