-
Pumpe oder Motor Die Erfindung betrifft eine Pumpe oder einen Motor
mit einem innerhalb eines umgebenden Stators rotierenden Rotor und einer geraden
Anzahl von Flügeln, welche radial in auf gleichen Abständen stehenden Ausnehmungen
in dem Rotor verschieblich sind.
-
Es ist eine Ausführung einer derartigen Pumpe oder eines derartigen
Motors bekannt, bei der die Statorbohrung zwei gleiche, diametral entgegengesetzt
liegende Kreisbögen von größerem Radius und zwei gleiche Kreisbögen von geringerem
Radius aufweist, deren Sehnen um 90° zu denjenigen der Kreisbögen von größerem Radius
versetzt liegen. Weiterhin sind bei der bekannten Ausführung vier gleiche Verbindungskurven
vorgesehen, von denen jede benachbarte größere und kleinere Kreisbögen verbindet.
-
Die Erfindung stellt sich im wesentlichen zur Aufgabe, eine Pumpe
oder einen Motor zu schaffen, bei der bzw. bei dem durch eine besondere Auslegung
der Verbindungskurven die Beanspruchungen des Rotorgehäuses im Gebiet des kleinen
Radius gering werden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Pumpe oder ein Motor der oben
aufgezeigten Art vorgeschlagen, die bzw. der sich dadurch auszeichnet, daß jede
Verbindungskurve eine Winkellänge aufweist, die das Doppelte des Winkels zwischen
benachbarten Flügeln beträgt, und Radien aufweist, die in der Länge entsprechend
den größeren Kreisbögen und den kleineren Kreisbögen abnehmen oder zunehmen, wobei
ein beliebiger Punkt der Verbindungskurve in Abhängigkeit vom Quadrat des zugehörigen
Winkelabstandes vom Radius des großen oder kleinen Kreisbogens zu ermitteln ist
und der dem Wendepunkt der Verbindungskurve zugeordnete Radius das arithmetrische
Mittel der Radien des großen und des kleinen Kreisbogens darstellt.
-
Durch diese Auslegung der Verbindungskurve ist die Beschleunigung
auf der ersten Hälfte zwischen dem großen Radius und dem kleinen Radius konstant
und gleich der Verzögerung auf der zweiten Hälfte. Die Massenkräfte, die durch diese
Beschleunigung bzw. Verzögerung erreicht werden, sind konstant, gleich und einander
entgegengerichtet.
-
Während der radialen Bewegung nach außen hin übt ein Flügel eine Reaktionskraft
auf die innere Oberfläche des Rotorgehäuses aus, die während der beschleunigten
Bewegung die Differenz zwischen der Zentrifugalkraft und der durch die Beschleunigung
erzeugten Massenkraft ist. Während der verzögerten Bewegung addieren sich die Kräfte.
Diese Verhältnisse sind umgekehrt, wenn der Flügel sich radial nach innen bewegt.
-
Durch die Erfindung werden also die durch die Flügel hervorgerufenen
Beanspruchungen des Gehäuses beim Übergang zu den Dichtungsflächen und beim Verlassen
der Dichtungsflächen sehr gering gehalten. Hierdurch wird die Reibung und damit
die Abnutzung zwischen dem Flügel und dem Gehäuse an diesen Stellen sehr klein,
wodurch andererseits eine gute Abdichtung der Pumpenkammern gegeneinander und eine
lange Lebensdauer gewährleistet ist.
-
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus dem Unteranspruch und der
folgenden Beschreibung einer vorteilhaften beispielsweisen Ausführungsform hervor.
-
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine feststehende Speisepumpe
nach der Linie I-1 der Fig. 3; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 11-II der
Fig. 1; Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1; Fig. 4 ist
eine Endansicht des Stators, aus der die Auslegung der Bohrung zu ersehen ist; Fig.
5 ist ein Längsschnitt durch eine. verstellbare Speisepumpe nach der Linie VIII-VIII
der Fig. 6; Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 5 ; Fig. 7
ist ein Querschnitt nach der Linie X-X der Fig. 5.
-
Man erkennt in den Fig. 1 bis 4 eine Welle 1, die drehbar in Gehäuseendteilen
2 und 3 gelagert ist und auf die ein Rotor 4 aufgekeilt ist, der von einem Stator
5 umgeben ist. Der Rotor hat kreisförmigen Querschnitt und ist an seinem Außenumfang
mit einer geraden Anzahl (sechzehn) von in gleichen Abständen stehenden radialen
Schlitzen versehen, von denen
jeder einen freiverschiebbaren Flügel
6 aufnimmt. Diese Flügel 6 halten die Berührung mit der Statorbohrung auf Grund
der Zentrifugalkraft aufrecht, wenn der Rotor 4 umläuft. Jeder Flügel ist - an dem
Ende, welches mit der Statorboh.rung zusammenarbeitet (Fig. 2 und 3) profiliert,
so@ daß die Berührungslinie zwischen dem Flügel und der Statorbohrung an der rückwärtigen
Kante des Flügels in bezug auf die Drehrichtung liegt. Jeder Flügel weist einen
Kanal 6A an der in Drehrichtung des Rotors voranliegenden Fläche auf, der den Raum
am Boden des Schlitzes, in dem sich der Flügel verschiebt, mit dem Raum an dem Umfang
des Rotors zwischen dem genannten Flügel und dem voraufgehenden verbindet.
-
Die Gehäuseendteile 2 und 3 (Fig. 1) weisen Scheiben 7 und 8 auf,
vorzugsweise aus einem Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten, die axial
die teilweise ringförmigen Spalte zwischen dem Rotorumfang und der Statorbohrung
und außerdem die Spalte in den radialen Schlitzen, in denen die Flügel 6 gleiten,
einschließen. Die Gehäuseendteile sind bei 2 C und 3 C mit dem Stator 5 auf seinen
beiden Seiten verbunden und die drei Teile werden fest miteinander durch Schrauben
9 vereinigt. Der Stator 5 ist in bezug auf den Rotor 4 zentral angeordnet, und seine
Welle 1 ist axial breiter als der Rotor, um ein Spiel zu gewährleisten.
-
Die Statorbohrung ist wie folgt ausgelegt: Über zwei diametral gegenüberliegende
Teile 5A (Fig. 4), von denen jeder einen Winkel von 45° einnimmt, weist die Bohrung
Kreisbögen von einem Radius auf, der geringfügig größer als der Radius des Rotors
ist. über zwei weitere diametral gegenüberliegende Teile 5ß, von denen jeder ebenfalls
einen Winkel von 45° überdeckt, hat die Bohrung Kreisbögen von einem solchen Radius,
der gegenüber den erstgenannten Kreisbögen um ein solches Maß größer ist, welches
durch die beabsichtigte Leistung der Pumpe bestimmt wird. Die Sehnen des zweiten
Paares von Kreisbögen sind um 90° gegenüber den Sehnen des ersten Paares versetzt.
Die Paare von Bögen 5A, 5A und 5B, 5B liegen konzentrisch zu dem Rotor. Die verbleibenden
Teile 5 C, die die benachbarten Kreisbögen verbinden, sind so- ausgebildet, daß
jeder gleitende Flügel 6 beim Übergang von einem Kreisbogen des einen Radius auf
einen benachbarten Kreisbogen des anderen Radius sich in seinem radialen Schlitz
zunächst mit einer konstanten Beschleunigung bewegt, bis . er in der Mitte zwischen
den Kreisbögen liegt und sich sodann mit einer konstanten Verzögerung weiterbewegt,
bis er den genannten benachbarten Kreisbogen erreicht. Die Bogenlänge eines jeden
Teiles 5 C ist doppelt so groß als der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten
Flügeln. In dem vorliegenden Beispiel mit sechzehn Flügeln beträgt der Winkel, der
der gesamten Kurve gegenüberliegt, 45° und der Winkel zwischen benachbarten Flügeln
22,5°.
-
Ein Einlaßstutzen 2A in den Gehäuseendteilen 2 (Fig. 1) steht mit
einer Einlaßkammer 2B in Form eines von der Scheibe 7 begrenzten Ringes in Verbindung.
Die Scheibe 7 hat zwei Einlaßöffnungen 7A (Fig. 2), die einander diametral gegenüberliegen
und etwa mit den Teilen der Statorbohrung 5 C übereinstimmen, die die kleineren
Kreisbögen mit benachbarten größeren Kreisbögen in Drehrichtung verbinden. Diese
Einlaßöffnungen 7A verbinden die Einlaßkammer 2 B mit . den Ausgangskammern zwischen
dem Rotor 4 und der Bohrung des Stators 5 und über die Kanäle 6A mit dem Boden der
radialen Schlitze für die Flügel 6. Der Gehäuseendteil 3 besitzt eine Blindbohrung
3A, die diametral durch den Mittelpunkt gebohrt ist und an dem offenen Ende mit
G&-winde versehen ist, so daß eine Auslaßverbindung geschaffen wird. Die Bohrung
3A kommuniziert über eine parallel zu der Achse verlaufende Bohrung 3 8 mit Öffnungen
8A in der Scheibe B. Die Öffnungen. BA stimmen mit denjenigen Teilen der Statorbohrung
5 C überein, die größere Kreisbögen mit benachbarten Kreisbögen in Drehrichtung
verbinden und damit die sich verengenden Kammern mit dem Pumpenauslaß verbinden.
-
Die an sich bekannte Wirkungsweise. der vorbeschriebenen Pumpe wird
dem Fachmann auf dem Sachgebiet erkennbar sein und braucht nicht im einzelnen beschrieben
zu werden. Es genügt vielmehr, darauf hinzuweisen, daß das, was als flügelbetätigte
Verdrängung bezeichnet werden kann, dann stattfindet, wenn die Flügel 6 die bogenförmigen
Kammern bestreichen, die zwischen den Teilen der Bohrung des Stators 5 enthalten
sind, die von den Kreisbögen 5B von größerem Radius und dem Umfang des Rotors 4
gebildet werden. Die kolbenbetätigte Verdrängung """ findet von dem Boden der Flügelschlitze
in dem Rotor 4 aus statt, wenn sich die Flügel 6 radial einwärts bewegen, sobald
sie über eine Verbindungskurve 5 C von einem Bogen 5 B von größerem Radius auf einen
benachbarten Bogen von geringerem Radius 5A der Statorbohrung gelangen. Das Einströmen
sowohl zu den flügel- als auch kolbenbetätigten Kammern. r findet statt, wenn die
Flügel 6 längs einer Verbindungskurve 5 C von einem Bogen 5A von geringerem Radius
auf einen benachbarten Bogen 5 B von größerem Radius der Statorbohrung übergehen.
Die kolbenbetätigte Kammer an dem Boden eines jeden Flügels ist frei mit der flügelbetätigten
Kammer vor dem gleichen Flügel über den Kanal 6A verbunden.
-
In den Fig. 5, 6 und 7 ist die Welle 1 in denn Gehäuseendteil 2 drehbar
gelagert. Auf das innere Ende der Welle ist ein Gleitstück 18 frei axial verschieblich
aufgekeilt, mit dem der Rotor 4 und ein Haltering 7A
für einen Flügel fest
angeordnet sind.
-
Diese beiden Teile 4 und 7A sind auf dem Gleitstück 18 mittels einer
Mutter 19 festgelegt. Der Rotor 4 weist an seinem äußeren Kreisumfang 16 auf gleichen
Abstand stehende radiale Schlitze auf. In diesen Schlitzen sind lamellierte Flügel
6 verschieblich und wirken mit ihren Enden mit der Bohrung des umgebenden Stators
5 zusammen., die gemäß Fig. 4 ausgebildet ist.- Die einzelnen Schichten des Flügels
sind so profiliert, daß die Flügel nur an ihren rückwärtigen Kanten - bezogen auf
die Drehrichtung - die Statorbohrung berühren. Der Stator 5 ist fest mit dem Gehäuseendteil
2 verbunden und in bezug auf die Welle 1 und den Rotor 4 zentral angeordnet. Der
Gehäuseendteil 2 besitzt eine Ausnehmung 2D, die dem Stator benachbart ist und einen
Durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Rotors und des Halteringes
7A
mit Ausnahme des Spiels für den Lauf aufweist. Auf einem Bund 18A des Gleitstückes
18 auf der dem Teil 7A abgewandten Seite des Rotors liegt ein Haltering 10. Dieser
Haltering 10 dreht sich nicht mit dem Gleitstück 18, sondern ist axial in bezug
auf dieses festgelegt und wirkt als zweite Führung für die lamellierten Flügel 6.
Er ist an seiner Außenseite mit der Bohrung des Stators identisch ausgestaltet und
hat Innengleitsitz. Das rückwärtige Ende des Gleitstückes 18 ist zur Aufnahme eines
Kugellagers 18B ausgebohrt, welches axial durch eine Klemmplatte 11 festgehalten
wird. In der inneren Bohrung des Innenringes des Kugellagers 18B ist eine Verstellmutter
14
vorgesehen, die mit einer Steuerspindel 12 zusammenwirkt.
Die Steuerspindel ist in dem Einlaßgehäuseendteil 3 drehbar gelagert, in dem sie
mit der Nabe 13A eines Steuerrades 13 und mittels einer Schulter 12,4 der Spindel
12 gelagert ist. Der Einlaßgehäuseteil 3, der in bezug auf den Stator 5 zentrisch
angeordnet ist, und der Gehäuseendteil 2 sind durch Schrauben 16 mit dem Stator
verbunden (Fig. 5 und 7).
-
Durch Drehung des Steuerrades 13, welches mit der Steuerspindel 12
verbunden ist, können das Gleitstück 18 und mit diesem der Rotor 4, der Haltering
7A und der Haltering 10 axial in beiden Richtungen bewegt werden, während
der Rotor umläuft. Die wirksame Breite der Pumpenkammern ist durch den Haltering
10 auf der Innenseite und die innere Fläche des Gehäuseteiles auf der anderen Seite
begrenzt. Diese Breite kann nach Bedarf durch Drehung des Steuerrades 13 verändert
werden. Wenn der Rotor 4 axial bewegt wird, so daß er ganz oder teilweise innerhalb
der Bohrung oder Ausnehmung 2 D des Gehäuseentteiles 2 liegt, werden diejenigen
Flügellamellen, die innerhalb der Ausnehmung liegen, im Hinblick auf die Pumpwirkung
unwirksam. Die wirksame Breite der Flügel entspricht immer der wirksamen Breite
der Pumpenkammern.
-
Eine Reihe von Bohrungen 2E, die mit den sich verengenden Pumpenkammern
übereinstimmen, siind von der Innenfläche des Gehäuseendteiles 2 eingebracht und
vereinigen sich mit einer ringförmigen Kehle 2F, die um den Außenumfang des Gehäuseendteiles
2 läuft. Ein Teil 15, welcher den Gehäuseendteil2 umfaßt. weist eine Schraubverbindung
15A auf, die in die Kehle 2F zur Bildung eines Auslasses für die Pumpe mündet. Der
Haltering 10 besitzt zwei axiale Nuten 10A (Fig. 7) an seinem Außenumfang, die mit
den sich erweiternden Kammern übereinstimmen. Diese Nuten 10A verbinden die Bohrung
3 C des Einlaßgehäuseteiles 3, welcher ebenfalls eine radial angeordnete mit Gewinde
versehene Verbindung 3 D mit der Bohrung 3 C aufweist, die den Einlaßstutzen der
Pumpe bildet.