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Flüssigkeitsring-Gaspumpe Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkeitsring-Gaspumpen
mit wenigstens einer Arbeitskammer, di.e außen von einem gewölbten Gehäuse umschlossen
und innen von einem konischen Teil begrenzt wird und in der sich ein Radschaufelkranz
befindet, der außen überall gleichen Durchmesser hat und innen konisch und dem Umfang
des konischen Teils angepaßt ist, wobei zwischen den Schaufeln dieses Kranzes Zellen
gebildet werden, in denen sich die Abdichtungsflüssigkeit bei der Drehung des im
Gehäuse exzentrisch angeordneten Kranzes abwechselnd von innen nach außen und umgekehrt
bewegt. Die Schaufeln des Kranzes haben dabei, Abschnitt für Abschnitt, von demjenigen
Ende an, wo der konische Teil größeren Durchmesser hat. bis zum entgegengesetzten
Ende eine allmählich zunehmende radiale Länge, und damit haben die dazwischenliegenden
Zellen größere Aufnahme fähigkeit für die Arbeitsflüssigkeit.
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Bei diesen bekannten Flüssigkeitsring-Gaspurnpen hat man bisher immer
den oder die gewölbten Gehäuseteile, die im Querschnitt sichelförmig gestaltet sind,
so ausgeführt, daß in jedem achsparallelen Schnitt durch diese Sichelräume die äußere
Begrenzung durch das Gehäuse eine gerade Linie parallel zur Drehachse der Pumpe
war.
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Bei Pumpen dieser Art sind jedoch der Wirkungsgrad, das Kompressionsverhältnis
und der erreichbare absolute Druckbereich begrenzt und ebenso die Kapazität für
einen Radschaufeldurchmesser. Dies beruht offenbar darauf, daß sich während der
Bewegung der Flüssigkeit in den Zellen des Schaufelkranzes unerwünschte Wirbel und
Strömungen einstellen und außerdem durch überlaufen der Abdichtungsflüssigkeit,
namentlich bei deren Kompressionsbewegung, Teile davon durch die Auslaßöffnung überlaufen,
während an anderen Stellen nicht alles komprimierte Gas von der Flüssigkeit aus
den Arbeitszellen herausgedrückt wird. Die Folge hiervon ist eine unerwünschte Hohlraumbildung,
der erwähnte Verlust an Kapazität und unerwünschte Geräuschentwicklung.
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Nach der Erfindung werden die erwähnten -Mängel dadurch behoben, daß
die radiale Tiefe der sichelförmigen Erweiterungen, von dem äußeren Umfang des Schaufelkranzes
aus gemessen, und damit ihre Ouerschnittsfläche vom demjenigen Ende der Arbeitskammer
an, wo der Durchmesser des konischen Teils am größten ist, nach dem entgegengesetzten
Ende allmählich zunimmt.
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Um das Wesen der Erfindung besser verständlich zu machen, wird diese
an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert.
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In diesen Zeichnungen stellen dar: Fig. 1 bis 5 schematische Querschnitte
eines Teiles der Pumpe, die eine Reihe von Betriebsstufen eines Pumpkreislaufs (eine
halbe Umdrehung einer bisher üblichen und bekannten Pumpenart) darstellen, Fig.
6 bis 10 gleichartige Querschnitte von Betriebsstufen einer ähnlichen, aber nach
vorliegender Erfindung verbesserten Pumpe, wobei die Schnitte nach den Linien 6-6
bis zu 10-10 in Fig. 12 verlaufen, gesehen in Pfeilrichtung, Fig. 11 einen Längsschnitt
durch eine Ausführungsart einer Wasserringpumpe nach der Erfindung, Fig. 12 einen
Querschnitt nach Linie 12-12 der Fig. 13, gesehen in Pfeilrichtung, der eine Bauart
des Pumpengehäuses oder Körpers und der Konen der Pumpe nach Fig. 11 zeigt, wobei
die Umrisse der Antriebswelle, der Weg der Peripherie der Laufradflügel und die
innere Laufradgrenze durch gestrichelte Linien dargestellt sind, Fig. 13 einen teilweisen
Längsschnitt nach der Linie 13-13 in Fig. 12, gesehen in Pfeilrichtung, wobei aber
Konen und Laufrad der Fig. 12 ausgelassen sind, Fig. 14 einen Schnitt durch ein
Teilstück nach der Linie 14-14 in Fig. 13, gesehen in Pfeilrichtung, Fig. 15 einen
der Fig. 12 im allgemeinen ähnlichen OOuerschnitt, der aber das Gehäuse in einer
anderen Ausführungsart nach der Erfindung zeigt, wobei der Schnitt nach der Linie
15-15 in Fig. 16 verläuft, gesehen in Pfeilrichtung, Fig. 16 einen Schnitt nach
der Linie 16-16 in Fig. 15, gesehen in Pfeilrichtung, Fig. 17 einen den in Fig.
12 und 15 gezeigten Querschnitten ähnlichen Querschnitt, der eine dritte Ausführungsart
nach der Erfindung zeigt, wobei der Schnitt nach der Linie 17-17 in Fig. 18 verläuft,
gesehen in Pfeilrichtung,
Fig. 18 einen Schnitt nach Linie 18-18
der Fig. 17. gesehen in Pfeilrichtung, Fig. 19 eine Ansicht ähnlich den in
Fig. 12. 1.5 und 17 gezeigten, die das Gehäuse einer weiteren Ausführungsart
nach der Erfindung zeigt, Fig. 20 einen Längsschnitt nach der Linie 20-20 in Fig.
19, gesehen in Pfeilrichtung und Fig.21 einen Schnitt durch ein Teilstück entlang
der Linie 21-21 in Fig. 20, gesehen in Pfeilrichtung. Wenn sich der Schaufelkranz.
in der Kammer dreht.
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nehmen die zwischen den Schaufeln gebildeten Zellen infolge der Steigung
des Innenkonus in ihrer Tiefe von demjenigen Kammerende aus, wo der Durchmesser
des Konus am größten ist, nach dein andern Ende hin in axialer Richtung zu.
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Bei der radialen Hin- und Herbewegung der Flüssigkeit unter dem Einfluß
der auftretenden Fliehkräfte und der exzentrischen Gehäuseform treten, wie in Fig.
1 bis 5 gezeigt, im axialen Schnitt der Zellen gesehen, Strömungen auf. In diesen
Figuren ist 1 das Gehäuse, 2 die Gehäusestirnwand, 3 das Laufrad und 4 der Innenkonus
mit den Durchlässen für die eingesaugten und die komprimierten Gase. Der Längsschnitt
nach Fig. 1 ist durch die Stelle der geringsten Gehäuseexzentrizität gelegt. Fig.
2 ist ein Schnitt ähnlich dem in Fig. 1, aber an einer Stelle größerer Gehäuseexzentrizität,
nachdem der Kreislauf etwas weiter fortgeschritten ist und die betreffende Zelle
den Einlaßschlitz 5 erreicht hat. Fig. 3 ist ein Schnitt an der Stelle der größten
Gehäuseexzentrizität. Fig. 4 ist ein Schnitt, bei dem die betreffende Zelle den
Auslaßschlitz 6 erreicht hat. Fig. 5 ist ein um 180° gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten
Schnitt versetzter Schnitt, der durch die zweite Stelle geringster hzw. verschwindender
Gehäuseexzentrizität der doppelt wirkenden Flüssigkeitsring-Gaspumpe gelegt ist.
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Der Arbeitsraum im Gehäuse hat bei dieser in Fig. 1 bis 5 dargestellten,
bekannten Bauart in jedem Längsschnitt rechteckiges Profil, während der entsprechende
Arbeitsraum der Laufradzelle hegen der konischen Form der inneren Begrenzung der
Kammer trapezförmiges Profil besitzt. Bei Drehung des Laufrades ergeben sich ungleiche
Volumänderungen in den Gehäuse- und Zellenräumen.
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Diese ungleichmäßigen Verdrängungen führen zu unregelmäßigen Querströmungen
im rotierenden Flüssigkeitsring. Hierdurch treten Wirbelungen und Flüssigkeitsverluste
ein sowie eine Verringerung des Kompressionsverhältnisses und des Fördervolumens.
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Fig. 1 zeigt den Zustand an der Stelle, wo die Zelle einen Steg 7
passiert. An dieser Stelle geringster Exzentrizität ist die Laufradzelle im wesentlichen
vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Die Zelle beginnt nun den Saughub. Durch den
Radienunterschied zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnwänden 8 und 9 des Laufrades
entsteht eine Ouer:trömting, die in der von den Pfeilen gezeigten Richtung umläuft.
Die Gehäusewand 10, deren Kriinninung unverändert bleibt, verhindert oder berichtigt
diese eingeleitete Innenbewegung der Flüssigkeit in keiner Weise, die während des
ganzen restlichen Kreislaufs, wie die Fig.2, 3. 4 und 5 zeigen, erhalten bleibt.
Diese Strömung ist verlustbehaftet und wirkt sich auch infolge der zusätzlichen
Reibung ungünstig auf den Wirkungsgrad aus.
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Die Umlaufbewegung hat aber noch eine Reihe weiterer schädlicher Folgen.
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Während des Kompressionshubes (Fig. 3. -1 und 5i drückt der kleiner
NverdendeArbeitsraum den Flüssigkeitsring gleichmäßig in die Laufradzelle zurück.
Hier befindet sich am inner;ni, breiteren 1--#ii<le des Arbeitsraumes mehr Flüssigkeit,
als zum vollständigen Füllen des schmaleren äußeren Endes der Zelle erforderlich
ist. Die innere freie Fläche des Flüssigkeitsringes bildet im allgemeinen eine parallel
zur Gehäuseachse liegende zylindrische Fläche und nähert sich deshalb zuerst dem
Auslaß 6 des Konus 4 an der Stelle, wo der Konus seinen größten Durchmesser hat.
Beim weiteren Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels nach der Achse des Kontis hin kann
deshalb ein großer Teil der Flüssigkeit schon aus dem Auslaßschlitz 6 ausfließen,
bevor an dem kleineren Durchmesser des Konus alles Gas verdrängt ist. Auf diese
Weise geht schon so viel Flüssigkeit verloren. <laß nur eine ungenügende -Menge
übrigbleibt für das vollständige Mlinausdriicken des Gases am kleineren Ende des
Konus, so daß ein Gasrest in der Zelle zurückbleibt. wenn diese, wie in Fig.5 gezeigt.
den Zwischensteg erreicht hat.
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Das nicht ausgestoßene Gas dehnt sich heim nächsten Saughub wieder
aus, wodurch ein mehr oder weniger großer Teil des Fördervolumens der Pumpe verlorengeht.
Es kann sogar dahin kommen, daß etwas Flüssigkeit durch den Einlaßschlitz 5 abläuft,
wie der Pfeil in Fig. 2 zeigt.
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Erfindungsgemäß «-erden diese -Mängel dadurch behoben oder doch erheblich
vermindert, daß. wie in Fig. 6 bis 10 gezeigt, der Verdrängungsraum im Gehäuse sich
in axialer Richtung derart ändert, daß er an der Stelle des größten Konusdurchmessers
am kleinsten ist. Die Fig. 6 his 10 zeigen die den Schnitten der Fig. 1 bis 5 der
bekannten Pumpe entsprechenden Teilschnitte durch eine Pumpe nach der Erfindung.
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Nach Fig. 6 ist der Arbeitsraum des Gehäuses 1 a durch eine am Steg
7a liegende Laufradstirnwand 8cz geteilt. Der Steg hat gleichmäßige Krümmung, wie
zuvor. Das Laufrad 3a, die Stirnwand 2a und der Konus 4a sind abgebrochen gezeigt.
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Wie Fig. 7 zeigt, ist die in Umfangsrichtung gleichmäßig gekrümmte
Gehäusewandung 10a in axialer Richtung nach außen abgeschrägt, während die Außenfläche
des Konus 4a in axialer Richtung entgegengesetzt abgeschrägt ist. Diese Abschrägung
des Gehäuses 10a ist auch in Fig. 8 und 9 gezeigt. In Fig. 10 berührt wiederum eine
Laufradstirnwand 8a die Stegfläche 7a, die gleich der Stegfläche in Fig. 6 eine
gleichmäßige Krümmung hat.
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Die umlaufende Querströmung, die bei den bekannten Flüssigkeitsring-Gaspumpen
durch die ungleichi *iß U z# m . i-,eii Voltimenänderun-en entsteht,
wird hier durch Anordnung eine: zusätzlichen Raumes im Gehäuse gegenüber dem kleinen
Ende des Konus aufgenommen und zum Stillstand gebracht. Dieser zusätzliche Raum
ist so gestaltet. daß er im wesentlichen dem ungleichmäßigen Raum des konischen
mittleren Teils des Laufrades entspricht.
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Fig. 7 zeigt eine Zwischenstufe des Saughubes. Durch Schaffung eines
Raumes für die am Laufradende mit kleinstem Konusdurchinesser nach außen geschleuderte
Flüssigkeit wird die Bildung einer Umlaufströmung des Wassers, wie sie in Fig. 1.
bis 5 gezeigt ist, verhindert. Außerdem werden Reibungsverluste verringert und das
bei den bekannten Pumpen auftretende Überlaufen des Wassers in den Einlaßschlitz
verhindert.
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Die innere freie Oberfläche des rotierenden Flüssigkeitsringes nimmt
während des Kompressionshubes die Gestalt eines Kegelmantels an, wie aus Fig. 9
ersichtlich. Die Forni dieser Oberfläche nähert sich mit
fortschreitendem
Kompressionshub immer mehr derjenigen des mittleren Konus. Dadurch, daß die Innenfläche
diese konische Form annimmt, wird der Flüssigkeitsverlust durch die Durchlässe fast
ganz verhindert.
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Das Laufrad nach Fig. 6 bis 10 ist gegen Ende des Kompressionshubes
vollständiger mit Flüssigkeit gefüllt als früher. Das Gas wird vollständiger ausgestoßen,
so daß weniger Gas beim nächsten Saughub wieder expandieren kann.
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Durch die Erfindung wird weiterhin das flüssige Dichtungsmittel besser
ausgenutzt, so daß Stoffe gepumpt werden können, deren Dampfdrücke näher an dem
des Flüssigkeitsringes liegen.
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Die bei einem gegebenen Laufraddurchmesser erreichbare maximale Fördermenge
wird durch die Erfindung, wie nun beschrieben werden soll, ebenfalls erhöht: die;
ist von großer wirtschaftlicher Bedeutung.
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Es ist eine kennzeichnende Vorbedingung für Wasserringpumpen, daß
für einen gegebenen Verdichtungsbereich eine bestimmte Drehzahl und eine bestimmte
Umfangsgeschwindigkeit eingehalten werden muß, um im Wasserring die nötige kinetische
Energie zu entwickeln und um die Verdichtung innerhalb dieses Druckbereichs einwandfrei
durchzuführen.
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Wegen dieser Voraussetzung müssen Laufräder mit großem Durchmesser
und großer Fördermenge mit verhältnismäßig niedriger Drehzahl laufen, während solche
mit kleinem Durchmesser und niedrigerer Fördermenge mit verhältnismäßig hoher Drehzahl
laufen.
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Bei einer Serie von gleichartigen Pumpen verschiedener Größe ändern
sich daher hei gegebenem Druckbereich wegen der vorgeschriebenen Umfangsgeschwindigkeit
des Laufrades die Fördervolumina im Ouadrat des Laufraddurchmessers, während die
Fördermenge sich, ganz oberflächlich geschätzt, mit der dritten Potenz des Laufraddurchmessers
ändert. Höhere Volumina können daher nur durch eine unverhältnismäßig große Erhöhung
von Gewicht und Kosten erreicht werden. Zur weiteren Kostenerhöhung trägt noch bei,
daß die größeren Pumpen mit niedrigerer Drehzahl laufen müssen, wozu bei direktem
Antrieb sehr starke und teuere Motoren erforderlich sind und bei indirektem Antrieb
große Untersetzungsgetriebe.
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Gegenwärtig ist es allgemeine Praxis, die Größe der verschiedenen
Kompressoren einer Serie nach Durchmesserstufen so zu bestimmen, daß sie den Drehzahlen
handelsüblicher Motoren angepaßt sind. Verschieden große Fördervolumina können auch
dadurch erreicht werden, daß man die Pumpen bei gleichem Laufraddurchmesser mit
verschieden breiten Laufrädern ausstattet. Diese Breite kann bei den üblichen Pumpen
von 10 bis zu 40% des Läuferdurchmessers betragen. Bei Läuferbreiten von über 40%
des Läuferdurchmessers arbeiten solche Pumpen wegen der erwähnten unausgeglichenen
Kräft° nicht mehr einwandfrei.
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Aus den oben angeführten Gründen geht hervor, daß jede Verbesserung,
durch die eine Vergrößerung der Fördervolumina bei gegebenem Laufraddurchmesser
erreicht wird, von großer wirtschaftlicher Bedeutung ist. Durch die vorliegende
Erfindung wird es möglich, die Läuferbreite auf mindestens 50% des Läuferdurchmessers
zu vergrößern, was eine Steigerung von 251/o gegenüber den früher erreichbaren Fördervolumina
bedeutet. Der Grund, weshalb eine Pumpe nach der Erfindung mit einem um 25% breiteren
Laufrad arbeiten kann, besteht darin, daß durch die Form der Gehäusekrümmung in
Umfangsrichtung ein kleinerer Anteil Flüssigkeit während der Kompression auf das
größere Konusende gebracht wird. Da die innere freie Oberfläche des kleiner werdenden
Wasserringes die Neigung hat, sich der konischen Oberfläche des Konus anzupassen,
so kann der Konusdurchlaß für das Laufrad selbst länger gemacht werden, ohne daß
eine übermäßige Menge Ringflüssigkeit durch den D.urchlaßschlitz am größeren Ende
des Konus entweichen kann.
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Durch die zwangsweise umgekehrte Wirbelung des Wasserringes beim Kompressionshub,
der ziemlich genau dem Umriß der Auslaßöffnungen entspricht, bleibt eine größere
Energie im Wasserring bis zur endgültigen Gasabführung zurück. Diese Energie geht
auch nicht teilweise verloren durch Überlaufen der Flüssigkeit durch den Durchlaß
am großen Durchmesser des Konus. Als Folge hiervon hat der Kompressor bei gegebener
Drehzahl eine größere Leistung. Er kann auch auf höhere Verdichtungsverhältnisse
gebracht werden sowie bei niedrigeren Drehzahlen den Druckbereich der bisherigen
Pumpen erreichen. Durch diese niedrigen Drehzahlen kann ein noch besserer Wirkungsgrad
erzielt werden, da bei niedrigen Geschwindigkeiten die Reibungsverluste geringer
werden. Auch ist ein größerer Drehzahlbereich erreichbar.
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Durch die beschriebene Verminderung der wilden Strömungen und der
Flüssigkeitsverluste können mit dieser Pumpe niedrige absolute Drücke am Einlaß
erzielt werden, die dem Dampfdruck der Ringflüssigkeit näherkommen. Dies wirkt sich
besonders vorteilhaft aus bei ein- und mehrstufigen Vakuumpumpen.
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In der obenstehenden Beschreibung wurde die der Erfindung zugrunde
liegende Idee und die damit erzielten hauptsächlichsten Vorteile geschildert. Zur
Verkörperung dieser Erfindungsidee können viele Ausführungsarten der Wölbungen dienen.
Einige der vorteilhaftesten Ausbildungen sind in Fig. 11 bis 22 gezeigt und werden
im folgenden beschrieben: Bei der Pumpe nach Fig. 11 bis 13 umschließt das Gehäuse
l a, das auf den Füßen 11 ruht, die beiden Pumpenkammern, in denen das Laufrad
3 a rotiert. Das Gehäuse 1 a. besitzt eine nach innen sich erstreckende flanschartige
Zwischenwand 12, die auf eine Zwischenwand 8a trifft, die einen Teil des Laufrades
3a bildet.
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Das Laufrad 3 a, ist mit seiner Nabe 14 auf der Antriebswelle 15 verkeilt.
Die Welle 15 liegt in Lagern 16, die von Konsolen 17 getragen werden. Die Konsolen
17 sind durch Schrauben 18 mit den zugehörigen Stirnwänden 19 verbunden, die wiederum
durch Bolzen 20 und Muttern 21 am Gehäuse befestigt sind.
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Mit Öffnungen versehene Konen 4a bilden die innere Begrenzung der
Pumpenkammern und enthalten Einlässe und Auslässe, durch «-elche Gas in die Kammern
eintreten oder aus diesen gedrückt werden kann. Die Konen 4a. erstrecken :ich durch
die zugehörigen Stirnwände 19 und sind mit ihren Flanschen 23 durch Schrauben 24
an diesen befestigt. Die Stirnwände 19 sind mit Einlaß- und Auslaßschlitzeii -ersehen,
die mit den zugehörigen Durchlässen der Konen verbunden sind.
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Wie ersichtlich, erstrecken sich die Außenwände 10a des Gehäuses nicht
parallel zur Achse der Welle
15, sondern jede dieser Wände ist gegen
die axiale Richtung geneigt, und zwar mit einer den zugehörigen Konen entgegengesetzten
Neigung.
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Bei der bisher ausgeübten Praxis wird das gegossene Gehäuse zuerst
auf einem Bohrwerk ausgebohrt. Der Bohrer arbeitet mit umveränderlichem Radius,
wobei das Gehäuse axial verschoben wird. Die erzielte Bohrung oder Ausdrehung ist
zylindrisch. Während dieses ersten Bohrens liegen die 142ittellinien des Gehäuses
und des Werkzeuges stets genau zusammen.
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Die Krümmung der Gehäuseinnemvand wird dann durch weiteres Ausbohren
mit versetzter 'Mittellinie. aber gleichem Radius erzielt. Während das Bohrwerkzeug
sich dreht, wird das Gehäuse axial zum Bohrer verschoben, so daß die Achse der zweiten
Bohrung parallel, aber versetzt zur Achse der ersten Bohrung liegt. Die andere Innenkrümmung
wird auf gleiche Weise, jedoch mit Versetzung in der entgegengesetzten Richtung
ausgebohrt, wobei das Werkzeug den gleichen Radius wie bei der ersten Bohrung hat.
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Das Gehäuse nach Fig. 12 bis 14 ist auf anderer Grundlage konstruiert.
Die erste Bohrung wird auf gleiche Weise hergestellt, wobei das Werkzeug den Mittelpunkt
25 (Fig. 12) bildet und das Gehäuse so vorgeschoben wird, daß seine Achse stets
durch diesen Punkt geht. Hierdurch werden die zylindrischen Segmente 27 an der Oberfläche
der Stege 7a gebildet.
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Die obere Krümmung wird dann mit einem konstanten Radius R und einem
veränderlichen Abstand vom Mittelpunkt 25 gebohrt, der sich vom Punkt O über
0, zu O., vergrößert (Fig. 13). Bei dieser Ausbohrung wird das Gehäuse auf
dem Drehtisch einer Bohrmaschine oder der Planscheibe einer Drehbank so befestigt,
daß die Gehäuseachse um so viel zur @laschinenachse geneigt ist, als für die Abschrägung
der Wölbung erforderlich ist. Das Werkzeug der Bohrmaschine oder Drehbank bewegt
sich parallel zur Maschinenachse. Der Mittelpunkt der Bohrung, der im Anfang bei
26 liegt, wird auf diese Weise im Verlaufe des Bohrens nach außen bis zum Punkt
29 verschoben. Die zweite Krümmung wird auf gleiche Weise gebohrt unter Benutzung
des gleichen Radius und der gleichen anfänglichen und endlichen Versetzungen, wobei
die Schräglage der Achse der zweiten Krümmung gleich derjenigen der ersten ist,
aber in entgegengesetzter Richtung verläuft.
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Die Abschrägungen der Krümmungsachsen sind so gewählt, daß im wesentlichen
übereinstimmende Verdrängungsräume von Zelle zu Zelle des Laufrades und der Krümmungen
gesichert sind, wobei die Abschrägung der gekrümmten Wandung 10a entlang der Hauptausdehnung
der Kammer geringer als und entgegengesetzt zu derjenigen des zugehörigen Konus
ist.
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Ein weiterer Vorteil, den diese Art von Krümmung außer der übereinstimmenden
Verdrängung bietet, ergibt sich aus der Tatsache, daß trapezförmige Stege erzeugt
werden. Der Radius und der Grad der anfänglichen Versetzung können vorteilhaft so
gewählt werden, wie es in Fig.13 gezeigt ist, wobei die Stege 7a am Anfang verhältnismäßig
schmal sind und sich bis zum Ende erheblich verbreitern.
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Da die Stegkanten schräg zur Drehachse verlaufen, werden sie von den
sie überquerenden Kanten der Laufradflügel nicht auf einmal, d. h. ruckartig, überschritten,
sondern fortschreitend von Steg zu Krümmung, und umgekehrt. Dies ist von erheblichem
Vorteil im Vergleich zu dem plötzlichen Überyang bei den gebräuchlichen Pumpen,
bei denen die ganze Flügelkante auf einmal über die Stegkante zur Krümmung geht,
und umgekehrt. Durch diesen plötzlichen Übergang werden bei manchen Pumpen unter
bestimmten Betriebsverhältnissen Lärm, Vibration und Höhlräume erzeugt. Bei abgeschrägt
verlaufenden Stegkanten verteilt sich der Stoß über einen endlichen größeren Drehwinkel,
so daß sie erheblich an Stärke verlieren und Hohlraumbildung, Lärm und @'ibrationen
erheblich vermindert werden.
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Eine andere Ausführungsart nach der Erfindung it in Fig. 15 und 16
gezeigt. Die Pumpe ist gleich der in Fig. 11 bis 1-1 gezeigten, nur sind die Krümmungen
10b anders geformt und angeordnet.
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Bei dieser Bauart wird die erste oder Stegbohru»g wie vorher durchgeführt.
Jede Krümmung wird mit einer gleichbleibenden Versetzung Ob und einem veränderlichen
Radius ausgebohrt. Der anfängliche Radius Rb ist verhältnismäßig kurz, während der
letzte Radius Rb2 verhältnismäßig lang ist. Der Radius Rb, der beiden Krümmungen
ist so in bezug auf die Versetzung angeordnet, daß die Kantenneigung des Steges
7b die gleiche Richtung wie Neigung der Konusoberfläche hat. Der mittlere Radius
Rb-, ist vorzugsweise im wesentlichen gleich dem Radius, der normalerweise bei der
Gestaltung der Krümmungen gebräuchlicher Pumpen verwendet wird. Da der Radius Rb
wesentlich kleiner als der Radius Rh, ist, sind die Stege 7 b dort von erheblicher
Breite, wo dieser kleine Radius verwendet ist.
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Bei dieser Ausführungsart der Erfindung hat iecie Krümmung eine konische
Form. wobei der Grad der Abschrägung so gewählt ist, daß im wesentlichen die gewünschte
übereinstimmende Verdrängung von Krümmung und Zelle für Zelle des Laufrades erzielt
wird.
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Die maschinelle Bearbeitung beider Krümmungen 10b erfolgt durch Befestigung
des Gehäuses 1 b auf dem Drehtisch des Bohrwerkes oder der Planscheibe der Drehbank
mit der Achse des Gehäuses parallel zur Drehachse der Maschine und um den erforderlichen
Abstand Ob versetzt. Der Halter des Bohrwerkes bzw. der Support der Drehbank
wird so eingestellt, daß er axial in einem Winkel zur -Maschinenachse zur Herstellung
der Innenfläche der Krümmung in der gewünschten Abschrägung verschoben wird. Die
Werte für die Versetzung Ob, den in der Mitte liegenden Radius, Rb, und die Abschrägung
können leicht zur Erfüllung der Erfordernisse des Läuferrades und zur Herstellung
der anderen gewünschten Verhältnisse bestimmt «-erden.
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Auch in diesem Fall werden durch das beschriebene Ausbohren Stege
mit Schrägkanten hergestellt, und diese Stege haben die wünschenswerte Eigenschaft,
daß sie von jedem der axial sich erstreckenden Laufradflügel fortschreitend überquert
werden. Während bei der in Fig. 12 und 14 gezeigten Ausführung die Neigung der Stegkanten
entgegengesetzt der Neigung der Konusoberfläche verläuft, weisen bei der Ausführung
nach Fig. 15 und 16 die Neigungen von Stegkanten und Konusoberfläche gleiche Richtung
auf.
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Die Grundzüge der Fig. 13 und 16 können auch vereint werden zur Erzielung
einer übereinstimmenden Verdrängung, und zwar auf solche Weise. daß die Stegkanten
nach Wunsch entweder in der einen oder in der anderen Richtung abgeschrägt sind.
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Bei der weiteren, in Fig. 17 und 18 gezeigten Anordnung ist sowohl
die Versetzung wie auch der Radius jeder Krümmungsbohrung veränderlich, wobei die
Pumpe im übrigen gleich der in Fig. 11 gezeigten ist. Am größeren Ende des Konus
ist die kleinste Versetzung O, gleichzeitig mit dem kleinsten Radius
R,
verwendet. Die Versetzung wird allmählich auf ein Maximum von 0" erhöht, während
der Radius gleichzeitig auf ein Maximum R,2 erhöht wird. Die mittlere Versetzung
O" und der mittlere Radius R, 1, welche in der Mitte der Tiefe der Bohrung liegen,
können gegebenenfalls gleich der gleichförmigen Versetzung und dem gleichförmigen
Radius sein, wie sie bei den bekannten Pumpen verwendet werden.
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Die maschinelle Bearbeitung des Gehäuses besteht aus der Befestigung
des Gehäuses auf dem Drehtisch eines Bohrwerkes oder der Planscheibe einer Drehbank,
mit seiner Achse aus der Parallele mit der Maschinenachse um den Betrag gekippt,
der die gewünschte Veränderung der Versetzung hervorruft, und mit der Gehäuseachse
gegenüber der Maschinenachse anfänglich um den Betrag O, versetzt. Der Bohr-,verlchalter
oder der Drehbanksupport, der den Bohrstahl hält, ist so eingestellt, daß er axial
in einem Winkel zur Maschinenachse bewegt wird, welcher die gewünschte Veränderung
des Radius hervorruft.
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Die Veränderungen der Versetzungen und Radien können zur Erzeugung
der übereinstimmenden Verdrängungen auf verschiedene Weise kombiniert werden. Der
Radius und die Versetzung können nach Wunsch gleichzeitig vergrößert werden. oder
einer von ihnen kann verkleinert werden, während der andere vergrößert wird, solange
ein Verhältnis zueinander besteht, durch das die gewünschte übereinstimmende Verdrängung
erzielt wird.
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In Fig. 19 bis 21 ist eine Wasserringpumpe nach der Erfindung dargestellt,
die denjenigen gleicht, die in den vorhergehenden Figuren gezeigt sind, mit Ausnahme
einer weiteren Veränderung der Bauart des Gehäuses. Hierbei sind die Krümmungen
des Gehäuses in unsymmetrischer Weise etwas seitlich verschoben.
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In dem in Fig. 19 gezeigten Schnitt hat das Gehäuse die Stege 31 und
32, deren Innenflächen konzentrisch zur Hauptachse 33 liegen, wobei die Stege zwischen
den Krümmungen 34 bzw. 35 liegen. Die Krümmungen sind gleichartig gestaltet, beide
sind aber unsymmetrisch in bezug auf die Hauptachsebene 36. Die Krümmung 34 hat
eine kreiszylindrische Oberfläche 37 mit verhältnismäßig kleinem Radius Rdi, dessen
Mittelpunkt bei 38 liegt. Die Oberfläche 37 geht in eine kreiszylindrische Fläche
39 mit verhältnismäßig großem Radius Rd2 über, deren Mittelachse bei 40 liegt.
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Die Ouerschnittsform dieser bekannten unsymmetrischen Pumpenausführung
ist in jeder Ebene senkrecht zur Wellenachse dieselbe. da sich jeder Krümmungsteil
parallel zur Wellenachse erstreckt. Im Längsschnitt hat der Arbeitsraum rechteckige
Gestalt. Bei den bekannten unsymmetrischen Pumpen treten deshalb dieselben Schwierigkeiten
durch ungleichmäßige Verdrängungen wie bei den eingangs beschriebenen bekannten
Pumpen mit symmetrisch angeordneten Krümmungen auf.
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Bei der Herstellung der bekannten Pumpen mit unsymmetrischen Krümmungen
der beschriebenen Art verwendet man allgemein Werkzeugmaschinen, bei denen sich
das Werkzeug nicht um die Bohrachse dreht, sondern bei denen inan das Gehäuse sich
um das Werkzeug drehen läßt. Das Werkzeug ist radial verstellbar zur Achse 33 angeordnet,
um die das Gehäuse rotiert und entlang welcher es vorgeschoben wird, wobei es durch
einen im Einklang mit dem Gehäuse gedrehten Nocken gesteuert wird. Beide Krümmungen
werden nach diesem Verfahren in einem einzigen Arbeitsgang ausgebohrt.
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Die Pumpe gemäß der Erfindung nach Fig. 19 bis 21 verhält sich zu
den bereits bekanntgewordenen Flüssigkeitsring-Gaspumpen mit unsymmetrisch angeordneten
Krümmungen wie die Pumpe nach Fig. 11 bis 13 zu den bekannten Pumpen mit symmetrischen
Krümmungen, d. h., bei den Pumpen nach Fig. 19 bis 21 wird zusätzlich noch das Prinzip
der veränderlichen Versetzung angewandt, das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung
bildet, um eine gleichmäßige Verdrängung für alle Krümmungsteile zu den Laufradzellen
sicherzustellen.
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Bei der Formung der oberen Krümmung 34 wird z. B. das Werkzeug genauso
gesteuert, wie es oben beschrieben wurde, und das Gehäuse ebenfalls in gleicher
Richtung vorgeschoben. Das Gehäuse wird aber schräg gestellt, damit die Achse 33
des Gehäuses in bezug auf die Drehachse ebenfalls schräg liegt, wobei die Richtung
der Maschinenachse in bezug auf das Gehäuse durch die Linie 33a dargestellt ist.
Das Gehäuse wird in Richtung der Drehachse vorgeschoben, aber diese Achse fällt
nun mit der Linie 33a zusammen statt mit der Achse 33. Hierdurch werden die Mittelpunkte
der kreiszylindrischen Flächen 37 und 39 während der Bearbeitung nach auswärts in
bezug auf das Gehäuse von der Nebenachsenebene 40 des Gehäuses fortbewegt, so daß
die Achse der Zylinderfläche 37 sich allmählich von 41 nach 38 verschiebt und die
Achse der Zylinderfläche 39 von 42 nach 40. Die Tiefe der so entstandenen Krümmung
vergrößert sich dem Ende der Kammer zu, an dem das kleinere Konusende liegt, zur
Erreichung der erwünschten gleichmäßigen Verdrängung. Die Abschrägung der oberen
Krümmungswand entlang der Hauhtachsebene ist in Fig. 20 gezeigt.
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Da die untere Krümmung eine der oberen Krümmung entgegengesetzt verlaufende
Abschrägung haben muß, so können beide Krümmungen nicht in einem Arbeitsgang ausgebohrt
werden wie vorher. Der Steuernocken ist daher so ausgebildet, daß er das Werkzeug
nur beim Durchgang durch .eine der beiden Krümmungen betätigt. Die zweite Krümmung
wird dann in gleicher Weise wie die erste geformt, wobei das. Gehäuse in entgegengesetzter
Richtung, aber im gleichen Winkel zur Maschinenachse schräg gestellt wird. Die neue
Richtung der Maschinenachse zum Gehäuse ist durch die Linie 33 b dargestellt.
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Als Folge des Ausbohrens der Krümmungen in der beschriebenen Weise
sind die beiden Stege durch die Kanten 43 und 44 begrenzt, die, wie Fig. 20 für
den Steg 31 zeigt, schräg aufeinander zulaufen. Die Abschrägungen der Kanten verlaufen
in diesem Fall in der gleichen Richtung, wie Fig.20 zeigt. Obgleich beide Kanten
nacheinander von den Laufradflügeln überquert werden, ergibt sich dabei kein fühlbarer
Einfluß der Stegbreite.
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Die Erfindung ist nicht auf die in obiger Beschreibung dargestellten
Verkörperungen beschränkt, sondern umfaßt auch alle weiteren Ausgestaltungen und
Abwandlungen des Grundgedankens.