DE1963265U - Drehkolbenpumpe mit exzenter-ringkolben. - Google Patents

Description

jgRBeeizu.
Dipl.-Ing. Lemprecht

München 22, Steinsdorfstr 10

410-12.272© 29.3.1967

Commissariat ä" l'ßnergie Atomique, Paris 15^e (Frankreich)

Dichte Fördermaschine

Die Neuerung bezieht sich auf eine Maschine, die die Förderung einer Flüssigkeit oder eines Gases unter Bedingungen absoluter Abdichtung ebenso gegenüber der Außenatmosphäre, wie gegenüber den geschmierten Teilen der Maschine gestattet, wenn ihr rotierender Teil in Bewegung ist. Diese Maschine des Volumetrietyps kann als Pumpe oder Kompressor arbeiten und läßt eine besonders einfache Anpassung zu, derzufolge sie eine bestimmte Ausströmmenge je Zeit oder ein erhebliches Kompressionsverhältnis liefern muß.

Zu diesem Zweck ist diese Maschine im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen dichten Kompressionsraum, der durch zwei koaxiale Drehzylindergehäuse begrenzt wird, eine feste radiale Trennwand, welche die beiden Zylindergehäuse verbindet, öffnungen zum Ansaugen und Hinausdrücken, die auf beiden Seiten der radialen Trennwand in den genannten Raum führen, und einen doppelt wirkenden Kolben aufweist, der sich im Raum mit einer kreisförmigen Translationsbewegung verlagert, wobei dieser Kolben von zwei koaxialen drehzylindrisehen Oberflächen begrenzt wird und einen Längsspalt aufweist, in welchen die

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Trennwand eingreift.

Das innere Zylindergehäuse des Raumes und die äußere Zylinderoberfläche des Kolbens stellen unter diesen Umständen vorspringende Profile dar, die entsprechend mit aufnehmenden Profilen zusammenwirken., welche durch die innere Zylinderoberfläche des Kolbens und durch das äußere Zylindergehäuse des Raumes gebildet werden.

Neben diesen Merkmalen weist eine neuerungsgemäß ausgebildete Fördermaschine verschiedene weitere Merkmale auf, die sich vor allem auf Abwandlungen der vorspringenden und aufnehmenden Profile der Maschine beziehen und die Aufrechterhaltung der Abdichtung rechts von dem Längsspalt des Kolbens bezwecken,, da dieser zwei Grenzstellungen einnimmt, die denen entsprechen, wo dieser Spalt durch die radiale, die beiden Zylindergehäuse verbindende Trennwend in zwei Teile geteilt ist. Alle diese Merkmale, die vorzugsweise zusammen vorliegen, aber erforderlichenfalls auch einzeln anwendbar sind, werden im folgenden durch die Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind; es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Fördermaschine einer ersten Ausführungsart der Neuerung!

Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie H-II der Fig. Ij

Fig. 3 bis 6 schematisch dieselbe Maschine zur näheren Erläuterung ihrer Wirkungsweise;

Fig. 7 einen Teil der Fig. 1 im Schnitt im größeren Maßstab;

Fig. 8 und 9 zwei den Fig. 1 und 2 analoge Schnittansichten einer weiteren Ausführungsart der Neuerung,

Wie man in Fig. 1 erkennt, weist die Maschine dort einen Kompressionsraum 1 auf, der durch zwei koaxiale Zylindergehäuse 2 und 3 begrenzt-wird, die das Gehäuse dieser Maschine bilden, wobei die gleichlangen Gehäuse 2 und 3 an ihren Enden durch Zylinderköpfe, wie der mit 4 in Fig. 1 bezeichnete,abgeschlossen sind. Die beiden Zylindergehäuse 2 und 3 sind unter sich durch eine radiale Trennwand 5 verbunden, auf deren beide :■ Seiten Kanäle 6 und 7 münden, die zum Einlaß oder zum Hinausdrücken oder umgekehrt einer Flüssigkeit bzw. eines Gases in den Raum je nach der Richtung der Verlagerung eines Kolbens 8 zwischen den beiden koaxialen Gehäusen 2 und 3 bestimmt sind. Dieser ist als Hohlmuffe mit der Begrenzung durch zwei koaxiale Zylinderoberflächen 9 und 10 erkennbar, die, wie noch ausgeführt wird, dazu bestimmt sind, mit der inneren Oberfläche 11 des Gehäuses 2 bzw. mit der äußeren Oberfläche 12 des Gehäuses 3 zusammenzuwirken. Der Kolben 8 weist einen Längsschlitz 13 auf, in den die radiale Trennwand 5 nach der Montage des Kolbens im Innern des Raumes 1 eingelassen ist. Außerdem ist er an eine Führungseinrichtung angeschlossen, die ihm eine Kreistranslationsbewegung in diesem Raum vermittelt und im Zusammenhang mit der Fig. 2 noch beschrieben wird. Im Laufe seiner Bewegung begrenzt der Kolben 8 so im Innern des Raumes 2

zwei Kapazitäten 14 und. 15 von verschiedenen Volumen, die jeweils mit der Mündung 6 bzw. mit der Mündung J in Verbindung gebracht werden. Schließlich sind., wie in Fig. 1 gezeigt, die zylindrischen Gehäuse 2 und 3 auf beiden Seiten der Trennwand 5 durch zwei ebene Oberflächen begrenzt, die in Gestalt zweier Seiten AA¹ für das Gehäuse 2 und BB¹ für das Gehäuse 3 im Schnitt erscheinen, wobei die Verbindung dieser ebenen Oberflächen mit den zylindrischen Oberflächen, d.h. der inneren 11 und der äußeren 12 der Gehäuse 2 und J, im Zusammenhang.mit der Fig. 7 im einzelnen erklärt werden wird.

Die Längsschnittansicht in Fig. 2 zeigt, wie in dem betrachteten Beispiel die Montage des Kolbens 8 in dem Raum verwirklicht wird und wie die Bewegung dieses Kolbens vor sich geht. Der Raum 1 besteht aus zwei Stücken 16 und 17* die durch irgendein geeignetes Befestigungsmittel, z.B. Schrauben 18 unter Zwischenfügung von Dichtungsstücken 19,verbunden sind. Diese beiden Stücke 16 und 17 sind so beschaffen, daß sie gleichzeitig die zylindrischen Gehäuse darstellen, die den Kompressionsraum und die Verschlußstücke 4 und 20 begrenzen, die diesen Raim an den Enden der Maschine abschließen. Zu diesem Zweck stellen die beiden Stücke 16 und 17 nach ihrer Anordnung zwei Rundbunde 21 und 22 dar, die das zylindrische Gehäuse 5 bilden, während ihre äußeren Wände 23 und 24 das zylindrische Gehäuse 2 begrenzen. Zwischen diesen beiden Stücken 16 und 17 ist ein Raum vorgesehen, der die Aufnahme zweier weiterer Stücke 25 und 26 ermöglicht, die ebenso zueinander angeordnet sind, wobei die Anbringung einer Gleichgewichtsmasse 27

ermöglicht wird und jedes dieser beiden Stücke Rundbunde 28 und

29 bildet, die in der Verlängerung des einen zum anderen angeordnet sind und zusammen denKolben 8 der Maschine bilden.

Die Bewegung des Kolbens im Innern des Raumes 1 zwischen den beiden zylindrischen Gehäusen 2 und 3 wird mittels eines Motors

30 verwirklicht, der mit dem Verschlußstück 4 durch einen Bundring 31 und einen Gegenbundring 32 mittels Schrauben 33 fest verbunden ist. Die Achse des Motors ist durch ein Verbindungsstück 34 mit einer Welle 35 verbunden, die sich auf Kugelrollenlagern 36 und 37 dreht, welche durch eine Verlängerung 38 des Stücks l6 getragen werden, und in der Achse des Zugmotors 30 angeordnet sind. Die Welle 35 trägt an ihrem Ende einen bogenförmigen Teil 39.» der mit einem Kurbelzapfen 40 verbunden ist, auf welchem der Kolben 8 lose unter Zwischenfügung von Kugelrollenlagern 4l und 42 montiert ist, die von zwei Stücken 25 und 26 getragen werden, die einen Teil dieses Kolbens bilden. Ein Dichtungsfaltenbalg 43 ist um die Welle 35 angeordnet und steht in Verbindung einerseits mit dem Verschlußstück 4 des Raumes 1 und andererseits mit dem Stück 25 und vermeidet jede Verbindung des Kompressionsraums mit der Außenatmosphäre.

Die Funktionsweise der bisher beschriebenen Maschine zeigt sich anhand der schematischen Pig. 3 bis 6, auf welchen man den Kolben 8 und die zylindrischen Gehäuse 2 und 3 erkennt. Wenn sich der Kolben 8 mit einer Kreistranslationsbewegung im Inneren des Kompressionsraums verlagert, 1st die äußere Oberfläche 9 des

Kolbens, die ein vorspringendes Profil bildet, in Kontakt mit der inneren Oberfläche 11 des zylindrischen Gehäuses 2* welches ein aufnehmendes Profil bildet, wobei dieser Kontakt sich entsprechend einer ersten Mantellinie X bildet. Ebenso ist die äußere Oberfläche 12 des Gehäuses 3 (vorspringendes Profil) im Kontakt mit der inneren Oberfläche 10 (aufnehmendes Profil) des Kolbens 8 entsprechend einer zweiten Mantellinie Y, wobei diese Mantellinien X und Y mit engem Spiel die Kapazitäten 14 und 15 im Inneren des Raumes 1 dicht begrenzen. Diese veränderlichen Kapazitäten, von denen die eine mit der Ansaugmündung 6 und die andere mit der Rückstoßmündung ¹J in Verbindung sind, bestimmen das Maß einer Förderung von Flüssigkeit oder Gas bei jedem Hin- und Herbewegungszyklus des Kolbens und ermöglichen der Maschine, entsprechend dem Schema der Fig. 3 bis 6,als Pumpe oder Kompressor zu arbeiten. Die Abdichtung des Kompressorraumes gegenüber der äußeren Atmosphäre ebenso wie de|i der geschmierten Teile im Bereich der Bewegung des Kolbens wird durch den Faltenbalg (Fig.2) bewirkt, der ebenso dazu dient, den Kolben 8 in einer konstanten Ringstellung gegenüber seiner Achse zu halten, wobei er nach Art eines selbstdichtenden Teils wirkt. Tatsächlich ist dieser Faltenbalg nur einer zu vernachlässigenden Torsionskraft unterworfen, die nur auf die Reibung an den Kugelrollenlagern 4l und 42 zurückzuführen sind.

Die Teilansicht nach Fig. 7 zeigt genau die Art, nach der die Abdichtung in der Maschine zwischen den variablen Volumenkapazitäten 14 und 15 gewährleistet ist, wenn der Kolben sich in

einer Stellung befindet, wo sein Längsschlitz I3 durch die Trennwand 5 in zwei gleiche Teile getrennt ist, d.h. in dem Fall, daß der Kolben die eine oder die andere der zwei Stellungen einnimmt, die schematisch in den Fig. 3 oder 5 gezeigt sind. In der Tat wird neuerungsgeraäß in der Maschine das Spiel zwischen dem Kolben 8 und den zylindrischen Gehäusen 2 und 3 streng konstantgehalten, wie auch die Ringstellung des Kurbelzapfens 40 sein mag, der den Kolben in kreisförmiger Translation mitnimmt. Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 7 betrachtet man im Lauf einer vollen Kreistranslation des Kolbens 8 getrennt zwei bestimmte Bogen, während derer das Prinzip der Abdichtung zwischen dem Kolben und den zylindrischen Gehäusen verschieden ist. Wenn man den Winkel zwischen zwei Radien, die vom Zentrum Null ausgehen, welches den zylindrischen Gehäusen 2 und 3 gemeinsam ist, mit 2 ß bezeichnet und durch die Punkte B und B' führt, die den ebenen Teil des inneren zylindrischen Gehäuses 3 begrenzen, sieht man, daß die Kreistranslation des Kolbens in einem vollen Zyklus der Summe der Bögen 2X - 2 ß auf der einen Seite und 2 ß auf der anderen Seite resultiert.

Auf dem Bogen 2.7C- 2 ß haben die zylindrischen Gehäuse 2 und 3 und der Kolben 8 völlig kreisförmige Profile. Für sie bezeichnen R und r die Radien von der inneren Oberfläche 11 des zylindrischen Gehäuses 2 und von der äußeren Oberfläche 12 des Gehäuses 3· Ebenso bezeichnen R₁ und r- die Radien der zylindrischen Außen- und Innenobefflächen 9 und 10 des Kolbens 8. Auf der ganzen Länge

des Bogens 27Γ- 2 ß wird die Abdichtung zwischen dem Kolben und den zylindrischen Gehäusen durch Kontaktmantellinien X und Y derart verwirklicht, wie im Zusammenhang mit den Fig. J5 bis 6 erklärt wurde.

Was den Bogen 2 ß betrifft, bringt die Anwesenheit der ebenen Teile AA^f und BB¹, die die zylindrischen Gehäuse 2 und j5 begrenzen, eine fundamentale Änderung der Profile der Gehätise und des Kolbens, wo ihre ebenen bzw. zylindrischen Oberflächen zusammenkommen. Auf den vorspringenden Profilen, d.h. auf der äußeren zylindrischen Oberfläche 12 des Gehäuses 5 mit dem Radius r und auf der äußeren zylindrischen Oberfläche des Kolbens 8 mit dem Radius R₁ sind die Kreisprofile unterbrochen und durch Sehnen BB¹ einerseits und CC^r andererseits ersetzt, wobei die Sehne BB^f unter dem Winkel 2 ß gesehen wird, die vom Zentrum 0 der zylindrischen Gehäuse ausgeht, während die Sehne CC' eine Sicht unter dem gleichen Winkel 2 ß ist, die vom Zentrum des Kolbens ausgeht. Unter diesen Umständen ergibt sich die Berührung der ebenen Flächen und der zylindrischen Flächen auf den vorspringenden Profilen 9 und 12, wie es die Schnittansicht in Fig. 7 zeigt, direkt an den Schnittpunkten der Sehnen BB' und CC' mit den Kreisen der Radien r und R₁.

Auf der anderen Seite ist die Berührung der ebenen Teile und der zylindrischen Teile mit den aufnehmenden Profilen, d.h. an der inneren Oberfläche 10 des Kolbens 8 mit dem Radius r^ und auf der inneren zylindrischen Oberfläche 11 des Gehäuses 2 mit

dem Radius R erheblich verschieden, da sie sich unter der Form von Zylinderteilen zeigt, deren Radius f dem der Kreistranslation des Kolbens gleich ist, die von dem Kurbelzapfen 40 bestimmt wird. Diese Zylinderteile haben als Zentrum die Punkte I und I^f einerseits und J bzw. J' andererseits, wobei der Beruhrungsbogen in jedem Falle gleich f ß ist. An dem aufnehmenden Profil 11 trifft der Kreis mit dem Radius R entsprechend einen Bogen fß, der von dem Punkt J zur Seite AA' gespannt ist, und zeigt auf der Schnittansicht nach Fig. 7 den ebenen Teil des zylindrischen Gehäuses mit der radialen Trennwand 5. Ebenso trifft am aufnehmenden Profil 10 der Kreis mit dem Radius r. entsprechend einen Bogen ß, der von dem Punkt I zur Seite DD* gespannt ist, die den Kolben rechts seines Schlitzes 13 begrenzt.

Die Wirkungsweise der Maschine ist nun für irgendein Kräftepaar zweier verbundener Profile die folgende (d.h. das Kräftepaar R, R oder das Kräftepaar r, r, in einem Fall ist das vorspringende Profil fest, im anderen Fall beweglich, aber die Relativbewegung der Profile jedes Kräftepaars ist gleich).

So entspricht für das Kräftepaar R-jR.» entsprechend der zylindrischen äußeren Oberfläche 9 des Kolbens 8 und der inneren zylindrischen Oberfläche 11 des Gehäuses 2, jeder Ringstellung des Kolbens am Bogen 27C- - 2 ß eine gemeinsame Mantellinie X, die die veränderlichen Kapazitäten 14 und 15 trennt. Diese Mantellinie ist auf jedem der Profile durch einen Bogen definiert,

der dem gleich ist, der die Ringstellung des Mitnehmerringzapfens 40 definiert, dessen Zentrum M um den Punkt 0 einen Kreis mit dem Radius P beschreibt. In der Kreistranslationsbewegung des Kolbens beschreibt jeder Punkt an ihm einen Kreis mit dem Radius P, insbesondere die Punkte C und C'. Daraus ergibt sich, daß während der Translation des Punktes M entsprechend dem Bogen ß, der Punkt C einen Bogen f ß beschreibt, der genau dem Teil -der Berührung entspricht, die zwischen dem Ringprofil 11 und der Sehne AA^! vorgesehen ist. Die Berührungsmantellinie X wird so bewahrt und hält■die Abdichtung, die erforderlich ist, aufrecht. Ebenso beschreibt der Bogen C^f während der Translation, die dem Bogen ß^f (=ß) folgt, einen Bogen Pß' unter denselben Bedingungen und sichert auf seine Weise die Abdichtung.

Ebenso kann die Diskussion mit dem zweiten Kräftepaar der Profile r und r. durchgeführt werden, wo sich die Abdichtung dank der Mantellinie Y ergibt, die sich entsprechend den zylindrischen Teilen, die zur Berührung an der inneren zylindrischen Oberfläche 10 des Kolbens angeordnet ist, verlagert.

Im Laufe der Kreistranslation des Kolbens bleiben die Sehnen CC"* und DD' parallel zu den Sehnen AA' und BB'. Die Segmente rechts, die die Berührungsstrahlen an den aufnehmenden Profilen R und r-, verlängern, verwirklichen unter diesen Umständen einen wegen des notwendigen Arbeitsspiels mögliehen Leckstrom.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsart, bei der eine doppelte Kompressionsabdichtung verwendet wird, die aus zwei Gruppen von zwei zylindrischen Oberflächen 2 und 3 einerseits und 2^f und 3' andererseits besteht, wobei jede Gruppe mit einem Kolben 8 oder 8' verknüpft ist. Die beiden Kolben werden in Kreistranslation von zwei Kurbelzapfen 40 und 4o^f mitgenommen, die sich, angetrieben von einem einzigen Motororgan 30,synchron drehen, Zu diesem Zweck trägt die Maschine einen Getriebemechanismus 44 und 45, der es gestattet, gleichzeitig die Bewegung der beiden Wellen 35 und 35' zu sichern, die die Rotation der Kurbelzapfen 40 und 40^f bestimmen.

Man verwirklicht mit dieser Lösung, die keine Beschränkung sein soll, vier variable, voneinander unabhängige Volumenkapazitäten, für die nur die Kreistranslationsradien der Kolben 8 und 3' identisch sind. Diese vier Kapazitäten können auf mehrere Weisen verknüpft werden: ebenso parallel, um große Mengen umzusetzen, wie in Serie, um große Kompressionsverhältnisse zu erreichen, oder in einer dazwischenliegenden Ausführungsart. Die Translationsbewegung der Kolben kann durch irgendeinen Mitnahmemechanismus erreicht werden, insbesondere durch Kegelradgetriebe, Kugelgetriebe oder ein System von Kardangelenken.

Claims (3)

RA. 172 503*29.3.67 - 12 Schutzansprüche

1. Dichte Fördermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen dichten Kompressionsraum (1), der durch zwei koaxiale Drehzylindergehäuse (2,3) begrenzt wird, eine feste radiale Trennwand (5)j welche die beiden ZyIIndergehäuse verbindet, öffnungen (6,7) ²¹^m Ansaugen und Herausdrücken, die auf beiden Seiten der radialen Trennwand (5) in den genannten Raum führen, und einen doppelt wirkenden Kolben (8) aufweist, der sich im Raum (1) mit einer kreisförmigen Translationsbewegung verlagert, wobei dieser Kolben (8) von zwei koaxialen drehzylindrischen Oberflächen (9^10) begrenzt wird und einen Längsspalt (13) aufweist, in welchen die Trennwand (5) eingreift.

2. Dichte Fördermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere zylindrische Gehäuse (J>) des Raumes (l) und die äußere zylindrische Kolbenoberfläche (9) vorspringende Profile bilden, die mit entsprechenden aufnehmenden Profilen zusammenwirken, die durch die innere zylindrische Kolbenoberfläche (10) und das äußere zylindrische Gehäuse (2) des Raumes (1) gebildet werden, wobei jedes vorspringende Profil unter engem Arbeitsspiel mit dem entsprechenden aufnehmenden Profil gemäß wenigstens einer Mantellinie in Berührung ist, die im Zuge der Kreistranslationsverlagerung des Kolbens (8) den Kompressionsraura (l) in zwei Hohlräume (14,15) veränderlichen Volumens teilt, von denen der eine mit der Ansaugmündung (6) und der andere mit der Ausdrückmündung (7) in Verbindung steht.

3. Dichte Fördermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes vorspringende Profil von einem Kreisteil begrenzt wird, dessen Enden durch eine Kreissehne verbunden sind, die senkrecht zur radialen Trennwand (5) steht,

K. Dichte Fördermaschine nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß jedes aufnehmende Profil von einem Kreisteil begrenzt wird, dessen Enden Anschluß an eine Kreissehne, die senkrecht zur radialen Trennwand (5) steht, mit anderen Kreisteilen haben, dessen Radius dem der Kreistranslation des Kolbens (8) gleich ist,