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Pumpe mit Nutationsscheibe Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe
mit Nutationsscheibe, enthaltend ein Pumpengehäuse mit einem inneren Hohlraum und
Einlaß- und Auslaßöffnungen, ferner eine Pumpenscheibe, die unter der Wirkung eines
Antriebes um ihr Zentrum im Pumpengehäuse eine Nutationsbewegung ausführen kann,
zwei Pumpenkammern, und zwar je eine auf ihren beiden Seiten, bildet und
mit komplementär ausgebildeten Kammerflächen des Pumpengehäuse-Innenraums zusammenwirkt,
enthaltend ferner zwei radial zur Pumpenscheibe angeordnete, einzeln bekannte Schieber,
die in zugehörigen, im Pumpengehäuse zwischen seinem Einlaß und Auslaß vorgesehenen
Schlitzen arbeiten.
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Bei einer bekannten Pumpe dieser Art ist eine radial geschlitzte Scheibe
vorgesehen, durch welche ein einziger Schieber zwecks relativer Schwenkbewegung
hindurchtritt. Eine derartige Schlitzung schwächt die Scheibe gerade dort, wo sie
dem Strömungsdruck bzw. der Strömungsdruckdifferenz ausgesetzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der eingangs
genannten Art dahin weiterzuentwickeln, daß eine solche Schwächung vermieden wird
und eine wirksame und zuverlässige Betriebsweise beim Pumpen der verschiedensten
Strömungsmittel möglich ist, und zwar sowohl von Gasen als auch von Flüssigkeiten
(einschließlich Schlämmen aller Art). Die Pumpe soll ferner auch als Kompressor
für Luft oder andere Gase geeignet sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst,
daß beide Schieber eine strömungsmitteldichte Lagerung einer angrenzenden radialen
Kante auf einer entsprechenden radialen Fläche der Pumpenscheibe aufweisen und zwecks
Schwenkbewegung bezüglich der Pumpenscheibe mittels durch Lagerschalen in entsprechenden
Löchern in der Pumpenscheibe hindurchgeführter Schraubbolzen an der radialen Fläche
miteinander verbunden sind.
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Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels hervor.
Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe, F
i g. 2 eine Aufsicht auf die Pumpe in teilweise aufgebrochener Darstellung,
F i g. 3 eine äußere Stimansicht der von der Pumpenscheibe getragenen Schieber
(in vergrößertem Maßstab), F i g. 4 einen Querschnitt (in vergrößertem Maß-Stab),
der die Befestigung der Schieber an der Pumpenscheibe zeigt, F i g. 5 einen
Querschnitt durch den Verzahnungseingriff in vergrößertem Maßstab.
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Die in der Zeichnung dargestellte Pumpe enthält eine flache Scheibe
1, die im Pumpengehäuse 2, das eine hohle Innenausnehmung für die Scheibe
1 aufweist, eine Nutationsbewegung ausführen kann.
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Das Pumpengehäuse 2 enthält zwei mit Ausnehmungen versehene, kreisförmige
Platten 3, die als Guß-, Preß- oder Spritzteile (beispielsweise aus Glasfasem
oder glasfaserverstärktem Kunststoff) hergestellt sind und zwischen sich die Scheibe
1 aufnehmen. Die beiden Platten 3 sind flüssigkeitsdicht (unter Einfügung
eines Dichtungsringes 3 s) mittels Bolzen 3 a miteinander
verschraubt. Die Scheibe 1 enthält eine metallische Kernplatte
1 a und eine nichtmetallische Abdeckung 1 b (beispielsweise aus Glasfasern).
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Zur Erzielung der Nutationsbewegung der Scheibe 1
ist eine mit
der Scheibe fest verbundene axiale Buchse 4 drehbar auf einem geneigten Teil
5 der Antriebswelle 8 gelagert.
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Die Scheibe 1 arbeitet mit einer inneren Pumpenkammerfläche
6 an beiden Platten 3 zusammen. Bei der dargestellten Ausführung wird
von der Scheibe 1
einerseits und jeder Platte 3 je eine Pumpenkammer
7
begrenzt, wobei beide Kammern 7 flüssigkeitsdicht durch die Scheibe
1 voneinander getrennt sind.
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ImHinblick auf dieNutationsbewegungderScheibel weist jede Fläche
6 eine komplementär ausgebildete, konische Form (d. h. konvex gegenüber
der Scheibe 1)
auf, so daß bei der Bewegung der Scheibe 1 die
lokale
Berührungsstelle (bzw. die Stelle geringsten Abstandes) zwischen der Scheibe
1 und jeder der beiden konischen Flächen 6 winkelmäßig - je
nach der Nutationsrichtung der Scheibe 1 - längs der Fläche 6
wandert.
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Dieser lokale Kontakt (bzw. die Stelle geringsten Abstandes) ist im
wesentlichen eine radiale Linie oder ein schmales Band. Wandert diese Linie bzw.
dieses Band winkelmäßig gegenüber den beiden konischen Flächen 6, so folgt
dieser Bewegung die Wirkung eines sich vergrößernden Volumens (Saugwirkung), während
dieser Bewegung die Wirkung eines sich verringernden Volumens (Druckförderung) vorausgeht.
Versieht man jede Kammer 7 mit einem geeigneten Einlaß 9 und Auslaß
10, so ergibt sich durch die Wipp- oder Nutationsbewegung der nicht rotierenden
Scheibe 1 am Einlaß 9 eine Saugwirkung und am Auslaß 10 eine
Druckwirkung. Obgleich die Scheibe 1 nur eine Wippbewegung ausfährt, ergibt
sich tatsächlich auch noch eine Rollwirkung.
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Die wandernde Kontaktlinie (bzw. die Linie geringsten Abstandes) der
Scheibe 1 in der einen Kammer 7 ist um 180' gegenüber der in
der anderen Kammer 7 versetzt, so daß eine ausgeglichene, doppelte Pumpwirkung
erreicht wird. Der Umfang det Scheibe 1 arbeitet flüssigkeitsdicht mit der
geeignet gewölbten inneren Umfangswand 3 c der Flansche
3 b
des Pumpengehäuses zusammen. Die Scheibe 1 ist mit einem
Dichtungsring 1 c aus reibungsarmem Material, beispielsweise Polytetraftuoräthylen,
versehen.
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Jede Pumpenkammer 7 weist einen Einlaß 9 und einen Auslaß
10 auf, die in der betreffenden Platte 3
nebeneinander angeordnet,
jedoch durch von der Scheibe 1 getragene Schieber voneinander getrennt sind.
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Es sind zwei radial angeordnete Schieber 11 vorgesehen, die
auf beiden Seiten der Scheibe 1 angeordnet sind und flüssigkeitsdicht in
einem Schlitz 12 der benachbarten Platte 3 arbeiten. Dieser Schlitz ist zwischen
Einlaß 9 und Auslaß 10 der betreffenden Kammer 7 vorgesehen.
Bei der Nutationsbewegung der Scheibe 1 gleiten die Schieber 11 in
ihren Schlitzen 12 und halten eine strömungsmitteldichte Trennung zwischen Einlaß
9 und Auslaß 10 aufrecht, so daß das Strömungsmittel nur unter der
Wirkung der Scheibe 1
vom Einlaß 9 zum Auslaß 10 gefördert werden
kann.
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Im Hinblick auf die Nutationsbewegung der Scheibe 1 ist eine
strömungsmitteldichte Schwenkverbindung zwischen den Schiebern 11 und der
Scheibe 1 vorgesehen. Zugleich sichern die Schieber 11 die Scheibe
1 gegen eine Drehbewegung relativ zum Pumpengehäuse 2. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind die Schieber 11 über Schraubbolzen 13 mit
der Scheibe 1 verbunden. Mittels dieser Schraubbolzen 13 sind die
beiden Schieber 11
durch in der Scheibe 1 vorgesehene Bohrungen miteinander
verbunden, wobei die Schraubbolzen 13
strömungsmitteldicht und beweglich mit
Hilfe von Kugeln 15 gelagert sind, die von Lagerschalen 15
a
gehalten werden, die ihrerseits in den Löchern 14 angeordnet sind. Zur Verringerung
der Reibung bestehen die Kugeln 15 zweckmäßig aus rostfreiem Stahl und die
Lagerschalen 15 a aus Polytetrafluoräthylen. Die Lagerschalen
sind diametral in zwei Hälften geteilt, um die Montage zu erleichtern. Der äußere
Umfang der Lagerschalen 15 a ist rechteckig bzw. quadratisch
ausgebildet, so daß sich in den Löchern 14, die eine entsprechende quadratische
bzw. rechteckige Form aufweisen, eine strömungsmitteldichte Festlegung erzielen
läßt.
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Die Schieber 11 stützen sich mit in Form einer Vertiefung ausgebildeten
Kanten 16, die eine der Schwenkbewegung der Scheibe 1 entsprechende
Krümmung aufweisen, an der Scheibe 1 ab. Die Kanten 16 wirken dabei
mit an beiden Seiten der Scheibe 1
vorgesehenen radialen Nuten 17 von
entsprechend komplementärer Form zusammen. Die Lagerschalen 15
a schließen sich mit ihren Enden an die Nuten 17
so an, daß sich eine
kontinuierliche Krümmung ergibt.
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Um ferner die Strömungsmittelabdichtung zwischen dem Einlaß
9 und dem Auslaß 10 noch weiter zu verbessern, arbeiten die äußeren
gekrümmten Kanten der Schieber 11 mit ihrem äußeren Bereich in einem Schlitz
18 in der Innenwand 3 c der Flansche 3 b der
Platten 3. Gewünschtenfalls können die Schieber 11 in ihrem in den
Schlitz 18 eingreifenden Teil miteinander verbunden oder einstückig ausgebildet
sein.
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- Die inneren Kanten der Schieber 11 sind
gekrümmt
und wirken mit einem kugelförmigen Teil zusammen, der im Zentrum
der Scheibe 1 vorgesehen ist und durch zwei Ringe 19 (beispielsweise
aus Polytetrafluoräthylen) gebildet wird, die fest mit der Scheibe 1
verbunden
sind. Diese Ringe 19 arbeiten ferner mit einer komplementär ausgebildeten
Kugelschalenfläche 3 d an der Innenseite der Platten 3 zusammen.
Diese Flächen bilden eine Lagerung für die Scheibe 1 bei ihrer Nutationsbewegung
und dichten zugleich die Kammern 7 gegenüber der Buchse 4 der Scheibe
1
und gegenüber dem Teil 5 der Antriebswelle 8 ab.
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Die Ringe 19 dienen zugleich zum Festklemmen von aus Gummi
oder einem anderen geeigneten Material bestehenden, flexiblen Dichtungsmuffen 20
an der Scheibe 1. Die äußeren Teile dieser Dichtungs-_ rauffen 20 sind strömungsmitteldicht
mit den Platten 3 verspannt und bilden eine weitere, sekundäre Abdichtung
der Kammern 7 gegenüber der Antriebswellenlagerung. Es ist auf diese Weise
mit Sicherheit ausgeschlossen, daß Strömungsmittel aus den Kammern 7 zur
Buchse 4 und zum Teil 5 der Antriebswelle 8 gelangt.
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Die äußeren Teile der flexiblen Muffen 20 sind durch Bolzen 21, die
in rohrförmige Ansätze 3 e der Platten 3 eingreifen, mit den
Platten 3 verspannt. Die Bolzen 21 bilden zugleich die Lagerträger für die
Welle 8. Als Lager sind reibungsarme Nadellager 22 vorgesehen; ähnliche Nadellager
23 sind zwischen dem geneigten Teil 5 der Antriebswelle
8 und der Buchse 4 vorgesehen. Die Sicherung der Bolzen 21 gegenüber den
rohrförmigen Ansätzen 3 e wird durch Abschlußkappen 24 gewährleistet.
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Soll das gleiche Strömungsmittel durch beide Pumpenkammern
7 gepumpt werden, so stehen die Einlässe 9 miteinander in Verbindung
(beispielsweise außerhalb des Pumpengehäuses 2) und in gleicher Weise auch die Auslässe
10. Gewünschtenfalls kann jedoch jede Pumpenkammer 7 unabhängig von
der anderen benutzt werden, beispielsweise um zwei verschiedene Strömungsmittel
durch dieselbe Pumpe zu fördern. In diesem Falle sind die Einlässe 9 und
ebenso auch die Auslässe 10 voneinander getrennt.
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Gewünschtenfalls kann die Scheibe 1 nur an einer Seite mit
einer konischen Fläche 6 einer einzigen Pumpenkammer 7 zusammenarbeiten;
die erläuterte und dargestellte doppelte Anordnung ist jedoch vorzuziehen,
da
sie bei etwa gleicher Größe der Pumpe die doppelte Leistung ergibt. Wenn ferner
das gleiche Strömungsmittel durch beide Kammern 7 gefördert wird, ergibt
sich durch die ausgeglichene doppelte Wirkung ein Minimum an Pulsationserscheinungen
im Strömungsmittelauslaß.
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Bei der in F i g. 4 dargestellten zweckmäßigen Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Pumpe sind die Flächen 1 b der Scheibe 1 im
Bereich 50 mit einer radialen Zahnung versehen, die mit radialen Zähnen
51 in der konischen Fläche 6 jeder Platte 3 zusammenwirkt.
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Ein derartiger an sich bekannter Verzahnungseingriff ergibt ein weitgehend
strömungsmitteldichtes Zusammenwirken der Scheibe 1 mit den konischen Flächen
6. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verzahnung
50, 51 so gewählt, daß die geneigten Flanken 50a der an der Scheibe
1 vorgesehenen Verzahnung 50 in Nutationsrichtung der Scheibe weisen
und dadurch die Förderung des Strömungsmittels zum Auslaß unterstützen.
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Die Anordnung ist vorzugsweise so gewählt, daß dann, wenn die Zähne
50 der Scheibe 1 voll in die Zähne 51 der Fläche
6 eingreifen, die Spitzen der Zähne 50 die Ansätze der Zähne
51 nicht erreichen, so daß ein im wesentlichen strömungsmitteldichter Eingriff
mit einem Minimum an Reibung erzielt wird. Um einen ruhigen Betrieb zu erreichen,
kann die Außenfläche der Scheibe 1 und/oder die Fläche 6
jeder Platte
3 aus einem elastischen Material, beispielsweise einem geeigneten Gummi,
bestehen.
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Wie aus der Beschreibung und der Zeichnung hervorgeht, läßt sich die
Pumpe leicht reinigen und überprüfen; die Pumpenteile können dabei aus beliebigem
Material hergestellt werden. Indem beispielsweise die Platten 3, die Flächen
1 b der Scheibe 1,
die Schieber 11 und die Ringe 19 aus
nichtmetallischem Material hergestellt werden, können Säuren oder andere Flüssigkeiten,
die zu einem Korrosionsangriff metallischer Teile neigen, ohne Schwierigkeit gefördert
werden. Gewünschtenfalls können die Platten 3 aus durchsichtigem oder durchscheinendem
Material hergestellt werden, so daß die Strömungsmittelförderung durch die Pumpe
beobachtet werden kann.