DE2312634A1

DE2312634A1 - Kreiselpumpe

Info

Publication number: DE2312634A1
Application number: DE2312634A
Authority: DE
Inventors: Nando Rapone
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-14
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1973-09-27
Also published as: NL7303491A; US3838954A; IL41730A0; DD103302A5; AR193923A1; FR2176402A5; AU5323173A; BE796776A; JPS48102302A; LU67202A1

Description

Nando Rapone

L^XAQUILA (Italien) Via Colle Capo Croce

Kreiselpumpe

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe »ixe hin- und öchwingenden Schaufeln.

Bekanntlich weraen die unterschiedlichsten Probleme beim Anheben und Druckbeaufschlagen von Flüssigkeiten unter Verwendung von Pumpen gelöst, von denen es eine ganze Anzahl' verschiedener Arten gibt.

Die Wahl der Pumpenart bestimmt sich aus einer Vielzahl von Faktoren. So verwendet man Verdrängungspumpen, wenn es um erhebliche Saug- oder Förderhöhen geht, während Zentrifugalpumpen zur Anwendung kommen, wenn große Fördermengen erforderlich sind oder wenn die Gleichmäßigkeit der Förderung eine

Rolle spielt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zu schaffen, die bei gleicher Eougröße und Leistungsaufnahme sowie unter Anwendung einfacher Mittel gleichzeitig sowohl die Vorteile''von Verdranciungspumpeni als auch die von Zentrifugalpumpen in sich vereint.

Nach der Erfindung wird eine Kreiselpumpe geschaffen, die gekennzeichnet ist durch ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse, durch ein Paar von geformten Scheiben, die koaxial zum Gehäuse liegen und mit diesem starr verbunden sind, durch einen Raum zwischen den beiden Scheiben, der im Idealfall von einer viereckigen Fläche ausgebildet wird, welche um die Achse des Gehäuses rotiert und gleichzeitig mit jedem ihrer Punkte eine zyklische Kurve beschreibt, durch einen koaxial zum Gehäuse angeordneten, über eine Übertragungswelle von einem Motor angetriebenen Rotor, der die Berglinien der geformten Scheiben berührt, durch einen Satz von Schaufeln, die der viereckigen Fläche'entsprechen und in axialen Schlitzen in dem Rotor liegen, durch Ansaugöffnungen, die unmittelbar stromabwärts jeder Berglinie der geformten Scheiben angeordnet sind und mit einem inneren Hohlraum der Rotorwelle in Verbindung stehen, und durch Auslaß-Ausschnitte, die am Umfang unmittelbar stromaufwärts jeder Berglinie der geformten Scheiben ausgebildet sind und mit Auslaßöffnungen fluchten, welche im Gehäuse vorgesehen sind und mit einer Förderspirale in Verbindung stehen.

Vorzugsweise trägt der Rotor diametrale Nuten, die den Schaufeln die Möglichkeit geben, entsprechend der Gestalt der" geformten Innenflächen der Scheiben zu oszillieren.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die beicfen radialen Seiten der Schaufeln derart ausgebildet sind, daß eine konstante Abdichtung gegenüber den beiden Flächen der Scheiben gewährleistet wird, während die axiale" Seiten der Schaufeln innen die Form eines Kreisbogens und außen eine

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sphärische Form besitzen, deren Mittelpunkt auf der Rotorwelle liegt.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß die Umfangsflache des zwischen den beiden geformten Scheiben liegenden Raumes sphärisch ausgebildet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug&ten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. eine auseinandergezogene Darstellung der Grundelemente der Pumpe»

Fig. 2 und 3 Querschnitte durch die Pumpe, die senkrecht zur Drehachse liegen;

Fig. 4 ein Montagedetail von einer der Schafein;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in Figur 2;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in Figur 3, wobei ein Paar von Schaufeln eine Stellung einnimmt, wie sie gestrichelten Linien in Figur 3 gezeigt ist;

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 3}

Fig. 8, 9 und 10 einige fortschreitend gewählte Querschnitte durch eine der geformten Scheiben entlang den Linien VIII-VIII, IX-IX und X-X in Figur 2}

Fig. 11, 12 und 13 drei charakteristische Stellungen einer der Schaufeln;

Fig. 14 schematisch den Arbeitstakt entsprechend Figur 2, und zwar abgewickelt in einer Ebene;

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Fig. 15 eine Detailansieht der drei Elemente nach Figur in ihrer Arbeitsstellung.

Gemäß Figur 1 sind zwei koaxial montierte Scheiben 1 und .2 vorgesehen. Die Außenfläche der beiden Scheiben 1 und 2 ist eben, während ihre Innenflächen 3 und 4 aus zwei identischen und übereinanderlegbaren Flächen bestehen, die'als Richtungskurve eine zylindrische, sinusförmige oder in anderer Weise zyklisch ausgebildete Kurve und als Erzeugende eine Kurve oder aber, wie es in Figur 1 gezeigt ist, eine Gerade r besitzen. Diese Gerade hat einen statinären Ausgangspunkt, der direkt in der Achse des Zylinders liegt. Zur Vereinfachung der Darstellungen und der Konstruktion besteht die zyklische Kurve in den Zeichnungen aus einer stark abgeflachten, sinusförmigen Kurve, die zweimal den Vollkre.is von 360 durchläuft. Dadurch entstehen auf jeder der Flächen 3 und 4 zwei Berglinien L (Linien, die im Maximum der konvexen Formen liegen) und zwei Tallinien D (Linien, die im Maximum der konkaven Formen liegen).

Zwischen den beiden geformten Scheiben 1 und 2 liegt ein scheibenförmiger Rotor 5, dessen seitliche, symmetrische Flächen , die bei der beschriebenen Ausführungsform konisch ausgebildet sind, die Berglinien L der beiden Scheiben 1 und 2 berühren. Der Rotor 5 ist mit in gleichem Winkelabstand angeordneten Schlitzen versehen, in die eine gerade Anzahl (im vorliegenden Falle A) von Schaufeln 6, 7, 8 und 9 eingesetzt ist. Dies ergibt sich insbesondere aus den Figuren 2, und 4. Jede Schaufel kann in derjenigen radialen Ebene oszillieren, die von ihrem Schlitz gebildet wird. Die Außenkanten der Schaufeln werden von einer sphärischen Fläche begrenzt, deren Radius r auf der Mittellinie O liegt. Die gleiche sphärische. Fläche begrenzt am Umfang die beiden Scheiben 1 und 2 sowie den Rotor 5 (siehe Figur 15).

Entsprechend den Figuren 11, 12 und 13 ist der Abstand A zwischen den Flächen 3 und 4 immer konstant. Dadurch kann jede

-A-

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Schaufel, beispielsweise die Schaufel 6, die ebenfalls die 3reite A besitzt, ständig eine Abdichtung zwischen ihren seitlichen Kanten und den Flächen 3 und 4 hervorrufen.

Gemäß Figur 11 fällt die linke Seitenkante der Schaufel 6 mit einer der 3erglinien der Fläche 3 zusammen, während die rechte Seitenkante auf einer Tallinie der Fläche 4 liegt. Die Symmetrieachse B der Schaufel ist um den Winkel C?C geqenüber der senkrecht auf der Achse O errichteten Geraden E geneint. Der Winkel ck. beträgt die Hälfte des Winkel 2 oi. zwischen der Berglinie und der Tallircfe. Hat sich die Schaufel 6 zusammen mit dem Rotor um 45 (Fig. 12) gedreht, so fallen die Geraden B und E zusammen. Nach einer weiteren Drehung um 45 liegt die linke Seitenkante auf einer der beiden Tallinien der Fläche 3, während die rechte Seitenkante mit einer der Berglinien der Fläche 4 zusammenfällt.

Um den Schaufeln die oben beschriebenen Oszillationsbewegungen zu ermöglichen, sind die unteren Kanten oder inneren Kanten der Schaufeln von einer zylindrischen Fläche begrenzt, und zwar mit dem Radius r1 und mit einer Achse, die senkrecht auf der Drehachse O steht. Dies ergibt sich insbesondere aus Figur 13. Die Innenkante ist in eine meridian verlaufende Nut 10 (Fig. 4) einer Nabe 11 des Rotors eingesetzt. Die Nabe ist auf einer Welle 12 unter Verwendung eines Keils 13 oder einer anderen geeigneten Anordnung befestigt.

Wie es sich aus den Figuren 5, 6 und 7 ergibt,läuft die Welle 12 auf Lagern in zwei parallelen Platten 14, welche Befestigungsansätze 15 tragen und von einem Gehäuse 16 im Abstand zueinander gehalten werden. Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen und ist an den beiden Platten über Schrauben 17 befestigt. Die beiden geformten Scheiben 1 und 2 sind ihrerseits starr am Gehäuse angeordnet, und zwar unter Verwendung von Sicherungsstiften 18. Die Innenfläche des Gehäuses 16 ist sphärisch ausgebildet, so daß die Oberkanten der Schaufeln ständig abdichtend an dieser Fläche anliegen. Um das Gehäuse 16 herum erstreckt sich eine Spirale 19, die zu einer Förderleitung 20

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führt (Fig. 2 und 3>.

Die Welle 12 ist an einen beliebigen, nichtdargestellten Motor angeschlossen, welcher den Rotor 5 antreibt. Ein Teil der Welle 12, der gleichzeitig als Ansaugleitung dient, besitzt einen inneren Hohlraum 21, welcher über Öffnungen 22 mit Ansaugöffnungen 23 und 24 in Verbindung steht. Letztere sind in der geformten Scheibe 1 ausgebildet und liegen in einem Winkelabstand von 180 zueinander. Es sind vier Öffnungen 22 vorgesehen, welche mit einer Ringkammer 22 α in Verbindung stehen. Auf diese Weise kommt es zu einem ständigen Anschluß zwischen dem Hohlraum 21 und den Ansaugöffnungen 23 und 24.

In gleicher Weise sind gemäß Figur 7 vier Öffnungen 25 vorgesehen, die über eine Ringkammer 25 α mit Ansaugöffnungen 26 und 26 α in der geformten Scheibe 2 in Verbindung stehen.

Am Umfang der geformten Scheibe 1 sind zwei Ausschnitte 27 und 28 in einem Winkelabstand von 180 angeordnet. Diese Ausschnitte stehen mit Auslaßöffnungen 29 und 30 in Verbindung, welche durch das Gehäuse 16 hindurch zu der Spirale 19 führen.

In gleicher Weise besitzt die Scheibe 2 zwei Ausschnitte 31 und 32, die mit Auslaßöffnungen 33 und 34 in Verbindung stehen, welche zur Spirale 19 führen. Aus den Figuren 1 und 2 ergibt sich, daß die Auslaß-Ausschnitte 27 und 28 der geformten Scheibe 1 an den Berglinien L enden, während die Ansaugöffnungen 23 und 24 kurz hinter den Berglinien L beginnen und in einem Winkelabstand von 45 hinter diesen Linien enden.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird im folgenden anhand der Figuren 2, 3 und 14 beschrieben. Vorausgesetzt sei, daß der Rotor 5 im Uhrzeigersinn umläuft, und zwar gesehen entsprechend Figur 2. In dieser Figur sind die Saughübe gepunktet und die Druckhübe gestrichelt eingetragen. Die Schaufel 6 fördert Flüssigkeit aus der Ansaugöffnung 23 in denjenigen Raum, der durch die Schaufel 6, die geformte Scheibe 1, das Gehäuse 16 und den Rotor 5 gebildet wird.

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Letzterer schafft eine Abdichtung gegenüber der Berclinie L. Gleichzeitig entsteht eine Saugwirkung stromabwärts der Schaufeln 8 und 9. Die Saugwirkung ist darauf zurückzuführen, daß sich, wie es aus Figur 14 hervorgeht, die Volumina der Räume stromabwärts der Schaufel 6, 7, 8 und 8 vergrößern.

Die obigen Ausführungen betreffen ebenso wie die folgenden Ausführungen lediglich die geformte Scheibe 1 gemäß Figur 2. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die gleichen Arbeitshübe auch im Zusammenhang mit der zweiten geformten Scheibe 2 auftreten.

Wenn die Schaufel 6 die Ansaugöffnung 23 verschließt, und zwar geschieht dies 45 hinter der Berglinie L, so befindet sich die Schaufel 7 am Beginn des Auslaß-Ausschnitts 28. Dies bedeutet, daß das Ausstoßen der zwischen den Schaufeln 6 und 7 eingeschlossenen Flüssigkeit beginnt, da der Raum zwischen diesen beiden Schaufeln sein Bolumen vermindert. Der gleiche Effekt tritt auch am Auslaß-Ausschnitt 27 auf.

Somit ergeben sich bei jeder Umdrehung des Rotors vier Saughübe durch die Ansaugöffnung 23 und vier Saughübe durch die Ansaugöffnung 24. Gleichzeitig kommt es zu vier Druckhübe an den Auslaß-Ausschnitten 27 und 28.

Da zwei geformte Scheiben vorgesehen sind, ergibt jede vollständige Umdrehung des Rotors 16 Saughübe und 16 Druckhübe, die zu einer sehr gleichmäßigen Strömung in der Druckleitung führen.

Die Schaufeln 6, 7, 8 und 9 könnten auch tangential zu einem Zylinder liegen, welcher koaxial zur Drehachse angeordnet ist.

Die obige Beschreibung zeigt deutlich die Vorteile der Pumpe nach der Erfindung, die sich aus der gleichzeitig auf die

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Flüssigkeit ausgeübten Verdronaurc- und Zentrifugalwirkung ergeben. Es können damit Durchflußmengen und Druck- oder Saughöhen erzielt werden, die betrechtlich über denjenigen Werten lieaen, die sich bei al eichen Bedingungen mit Pumpen konventioneller Bauart ergeben.

Fs sei weiterhin darauf hingewiesen, daß die erdinduro/soemaße Anordnung, die sich im übrigen im Rahmen der Erfindung durchaus abwandeln laßt, auch auf andere Vorrichtungen anwendbar ist, beispielsweise auf Rotationsmotoren, hydraulische Antriebe, Kompressoren, Turbinen u, dal»

Die Erfindung wurde lediglich anhand eines einzigen, derzeit bevorzugten Ausführungsbeispials beschrieben. Es sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, dcß in der Praxis Abänderungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfinduno zu verlassen.

Zusammenfassend schafft also die Erfindung eine Kreiselpumpe mit Schaufeln, die um eine Achse senkrecht zur Drehachse in radialer Ebene oszillieren können, mit einem außen im wesentlichen zylindrischen, innen sphärischen Fehäuse, mit einem Paar von parallelen, geformten Scheiben, die koaxial zum Gehäuse liegen und mit diesem starr verbunden sind, mit einem Raum zwischen den beiden Scheiben, der im Idealfall von einer viereckigen Fläche ausgebildet wird, welche um die Achse des Gehäuses rotiert und gleichzeitig mit ihren Punkten eine zyklische Kurve beschreibt, mit einem koaxial zum Gehäuse angeordneten, von einem Motor angetriebenen Rotor, der die Berglinien der geformten Scheiben berührt, mit einem Satz von Schaufeln, die in axialen Schlitzen in dem Rotor lieaen und von denen jede der vieeckigen Fläche entspricht, mit Ansaupöffnungen, die unmittelbar stromabwärts jeder Berglinie der geformten Scheiben angeordnet sind und mit einer Ansaugleitung für Flüssigkeit in Verbindung stehen, mit Auslaßöf f nunceri, die unmittelbar stromaufwärts jeder Berglinie der geformten Scheiben angeordnet sind-, und mit einer AusluHlei tunn oder Spirale, aie

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mit den Auslaßof fnuncjen in ^v/er'nindunq steht und sich über den Umfang des Gehäuses erstreckt.

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Claims

Patentansprüche

(1.)Kreiselpumpe mit Schaufeln, die um eine senkrecht zur

Drehachse liegende Achse in radialen Ebenen schwingen, gekennzeichnet durch

ein außen im wesentlichen zylindrisches, innen sphärisches Gehäuse (16), durch ein Paar von parallelen, geformten Scheiben (1, 2), die koaxial zum Gehäuse (16) liegen und mit diesem starr verbunden sind, durch einen Raum zwischen den beiden Schaben (1 , 2), der im Idealfall von einer viereckigen Fläche ausgebildet wird, welche um die Achse des Gehäuses (16) rotiert und gleichzeitig mit ihren Punkten eine zyklische Kurve beschreibt, durch einen koaxial zum Gehäuse (16) anneordneten, von einem Motor angetriebenen Rotor (5), der die Berglinien (L) der geformten Scheiben (1, 2) berührt, durch einen Satz von Schaufeln ( 6-9), die in axialen Schlitzen in dem Rotor (5) liegen·und von denen jede der viereckigen Fläche entspricht, durch Ansaugöffnungen (23, 24, 26, 26 a), die unmittelbar stromabwärts jeder Berglinie (L) der geformten Scheiben (1, 2) angeordnet sind und mit einer Ansaugleitung für Flüssigkeit in Verbindung stehen, durch Auslaßöffnungen (29, 30, 33, 34), die unmittelbar stromaufwärts jeder Berglinie (L) der geformten Scheiben (1, 2) angeordnet sind, und durch eine Auslaßleitung oder Spirale (19), die mit den Auslaßöffnungen (29, 30, 33, 34) in Verbindung steht und sich über den Umfang des Gehäuses (16) erstreckt.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1,

_o dadurch gekennzeichnet,

*° daß die Schaufeln (6 - 9) von einem Rotor (5) getragen «*> werden, welcher axiale Nuten (10) aufweist, die von ebenen

%s, und zylindrischen Flächen begrenzt werden, um die ^ Oszillationsbewegung der Schaufeln entsprechend der Gestalt ^3 ^d«r- geformten Innenflächen (3, 4) der Scheiben (1, 2) zu

ermögli chen.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch lekennzeichnet, da8 die rch'jufßln zwei aerade Lnnqskunten aufweisen, die eine konstante Abdichtung qeoen die beiden Innenflächen (3, 4) oer Scheiben (1_r 2) hervorrufen, während die beiden ^aerkanten der '"chaufeln kreisbogenförmio begrenzt sind, und zwar zentriert auf die Achse (O) des Rotors (5).
4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch oekennzeichnet, daß die Umfanasflache des Raumes zwischen den beiden Scheiben (1, 2^ sohärisch ausgebildet ist, und zwar zentriert auf die Orehcr'-is« (o) der Rotorwelle (12).
5. Kreiselpumne nach, einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (3 bzw. 4) jeder der geformten Scheiben (1, 2) von einer Linie erzeugt wird, deren eines Ende auf der Rotorachse (θ) lient und deren anderes Ende unter gleichzeitiger Beschreibunn einer zyklischen Kurve um die Rotorachse rotiert.
6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch oekennzeichnet, daß die zyklische Kurve als doppelsinusförmige Kurve ausgebildet ist, un eine Innenfläche (3 bzw. 4) mit zwei Berolinien (t ) und zwei Tallinien (3) zu bilden.
7. Kreiselpumpe nach einem der Ansorüche 1 - 6, dadurch nekennzeichnet, daß die Ansaurjleitung als innerer Hohlraum (21 ) der Rotorwelle (1?) ausgebildet ist und daß die Verbindung zwischen der Ansaugleitung und den Mnsaunöffnunoen (23, 24, 26, 26 a) durch C'ffnurioen {??, 2b) in der Welle (12) hergestellt wird.

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8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet,

daß jede geformte Scheibe (1) bzw. (2) ein Paar von Ansaugöffnungen (23, 24 bzw. 26, 26 a), die um 180 gegeneinander versetzt sind, sowie ein Paar von ebenfalls um 180 gegeneinander versetzten Auslaßöffnungen (29, 30 bzw. 33, 34) aufweist und daß der Rotor (5) mit vier symmetrisch angeordneten Schaufeln (6 - 9) versehen ist, um auf diese Weise an j.edf ·*■ geformten Scheibe acht Saughübe und acht Druckhübe pro Umdrehung des Rotors hervorzurufen.

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Leers eι te