DE375578C - Kolbenpumpe - Google Patents

Kolbenpumpe

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DE375578C
DE375578C DEG47730D DEG0047730D DE375578C DE 375578 C DE375578 C DE 375578C DE G47730 D DEG47730 D DE G47730D DE G0047730 D DEG0047730 D DE G0047730D DE 375578 C DE375578 C DE 375578C
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/04Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B27/06Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary
    • F04B27/065Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary having cylinders in star- or fan-arrangement, the connection of the pistons with an actuating element being at the inner ends of the cylinders
    • F04B27/0657Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary having cylinders in star- or fan-arrangement, the connection of the pistons with an actuating element being at the inner ends of the cylinders rotary cylinder block
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Kolbenpumpe. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe (-gebläse), bei welcher die Kolbenbewegung nicht durch Gestänge und Kurbeltrieb erfolgt, sondern auf eine ganz neue Art dadurch, daß der Kolben mit einem federnden Element verbunden ist, mit welchem er um eine zur Kolbenachse geneigte Achse in Drehung versetzt und durch das hierbei entstehende Wechselspiel zwischen Zentrifugalkraft und Federkraft hin und her bewegt wird.
  • Die Pumpe vereinigt die Vorteile der gewöhnlich,en Kolbenpumpe und der Zentrifugalpump,e, indem sie imstande ist, auch spezifisch leichte Flüssigkeiten und Gase in einer oder nur wenigen Stufen auf hohen Druck zu pressen und dabei doch infolge Fortfalls des umständlichen Kurbeltriebs für den Antrieb durch schnellaufende Maschinen geeignet ist. Durch ihre außerordentliche Einfachheit hat sne zudem noch den Vorzug kleinster Abmessungen und geringsten Gewichts.
  • Das Wesen der Erfindung ist in den Abb. i, 2 und 3 erläutert, zwei Ausführungsbeispiele sind in den Abb. 4 und 5 dargestellt.
  • In Abb. i sei i eine vertikale, biegsame, masselos gedachte Welle, welche in den Lagern 2 und 3 gelagert ist und eine Scheibe ¢ trägt, deren Schwerpunkt die Exzentrizität e zur Lagerachse hat. Wird die Welle in Drehung versetzt, so erfährt sie durch die im Schwerpunkt angreifende Zentrifugalkraft eine Ausbiegung worin w die augenblickliche und wk die kritische Winkelgeschwindigkeit bezeichnet. Das Maß f gibt also diejenige Ausfederung der Welle an, bei welcher die Zentrifugalkraft mit der elastischen Biegungskraft, der »rückwirkenden « Kraft gerade im Gleichgewicht ist, während bei kleinerem j die Zentrifugalkraft über die Federkraft, bei größerem f die Federkraft über die Zentrifugalkraft überwiegt.
  • Hat die Zentrifugalkraft außer der Federkraft noch einen Widerstand zu überwinden, so verringert sich (las Maß (der Ausbiegung für den Gleichgewichtszustand, während es :ich vergrößert, wenn der Widerstand in tnngekehrter Richtung wirkt. Dieses Spiel der Kräfte ist in Abb.3 in einem Koordinatens ,-cs stein veranschaulicht. Die @'- Achse ist die Drehachse: auf (der X-Achse sind Exzentrizität c und Durchbiegung f aufgetragen. 1n der Ruhelage, hei welcher der Sch@,#erpunkt S tun die Exzentrizität O S = e von (der Drehachse entfernt ist und die Durchliiegung gleich Null ist, ist die Welle spannungslos. .Trägt man die bei der Drehung entstehende F lielikraft und (die entgegenwirkende Federkraft der Welle als Ordinaten auf, so wird erstere als direkt proportional der E-iitfernung von der Drehachse durch die Gerade 0--1 für die Winkelgeschwindigkeit w, letztere als direkt proportional der Durchbiegung durch die Gerade SC dargestellt. Dort, wo die beiden Geraden einander schneiden, herrscht Gleichgewicht zwischen Zentrifugalkraft und Federkraft, (die Strecke f gibt also die Durchhiegung der Welle für den Gleichgewichtszustand `bei der Winkelgeschwindigkeit u( an. Mit wachsender Drehzahl wird der Winkel cc, (den die Gerade 0_-l finit der YAchse bildet, immer größer (es ist tg a-rn #'n,2, worin in. (die rotierende Masse), der Schnittpunkt der leiden Geraden rückt iinnier weiter hinaus, bis die Geraden einander parallel geworden sind. Die Drehzahl, bei welcher dies der Fall ist, ist die kritische: bei ihr ist ein Gleichgewicht zwischen Zentrifugalkraft und Federkraft nicht mehr möglich, die Zentrifugalkraft ist vielmehr stets um d(n Betrag m # c # u, j; größer als die Federkraft. Aus der Abbil-(lung ist auch ohne weiteres ersichtlich, daß, wenn außer der Federkraft noch ein Widerstand vorhanden ist, welcher entweder zur Federkraft hinzukommt (punktierte Linie), oder von ihr abzuziehen ist (strichpunktierte Linie), das Maß f für die Gleichgewichtslage im ersteren Falle sich verringert (f1), im letzteren Falle sich vergrößert (f",). Selbstverständlich wird durch den Widerstand auch (die kritische Geschwindigkeit verändert, falls nicht die Widerstandslinie parallel ztt S C verläuft.
  • Dies vorausgeschickt, besteht das Wesen der vorliegenden Erfindung darin, durch periodische -Veränderung einer oder mehrerer der drei Größen w, wk und e Pendeltingen der Gleichgewichtslage hervorzurufen und dadurch mittels kraftschlüssiger Verbindung der federn,len Welle mit einem Kolben den Hin-und Hergang des letzteren zu bewirken, wobei die Differenz zwischen Zentrifugalkraft und Federkraft die für die Kolbenbewegung erforderliche Kraft hergibt. Für das Wesen der Erfin(ltuig ist es dabei gleichgültig, welchen Anteil an dein Bewegungsvorgang die vor dem Eintreten des Gleichgewichtszustandes stattfindenden Schwingungen uni die Gleichgewichtslage haben, falls sie nicht durch Anschläge verhindert sind.
  • Statt der federnden Welle kann natürlich jedes beliebige federnde Organ oder ein System von l#'e(lern oder auch ein in eineue finit koinpressiblein Gas (z. B. Luft) gefüllten Zylinder bewegter Pufferkolben o. dgl. oder schließlich auch eine Kombination beider zur Verwendung kommen. Die Wahl dieser 'Mittel wird sich ein allgemeinen nach den jeweiligen Konstruktions(laten (Beschaffenheit des Fördermediums, (@rölie der voltunetrischen Leistung, des Drucks, Gesetz des äußeren Widerstands, Art des Antriebs, Uin(lrehungszahl ) richten. Auch muß beine Entwurf der 'Maschine darauf Bedacht genoininen werden, <;aß die Schwingungen der hin und her gehenden '-lassen auch wirklich in der ihnen zugemessenen Zeit vor sich gehen können, und (Maß alle die Kolbenbewegung beeinflussenden Unistände Berücksichtigung finden. Bei horizontaler Lagerang der Drehachse wird nötigenfalls der Einfluß der durch das Gewicht der pendeln(len 'Massen hervorgerufenen Eigetiscliwiiigting zu berücksichtigen sein.
  • ach(lein der Erfindungsgedanke durch :Vorstehendes ausführlich erläutert ist, dürfte es genügen, die 1?rfindung an zwei Ausführungsbeispielen in den Abh. d. und 5 darzustellen. Beiden Ausführungen ist gerneinsani, (Maß sich von den drei obergenannten Größen die Größe u, periodisch ändert, oder, anders ausgedrückt, d aß die Pumpe mit einem gewissen, (-lern Zweck entsprechenden Ungleichförinigkeitsgrad läuft, sei es, (-aß auch die Antriebsmaschine einen solchen besitzt, sei es, (Maß zwischen die mit gleichförmiger Ges_h«indigkeit umlaufende Antriebsinas: iiiie und die Pumpe ein besonders ausgebildetes Zwischenglied (Kupplung) eingeschaltet ist, «-as z. B. in einfacher Weise durch eine Kuri)eIscheibe mit e7#:zentrischer Gegenscheibe gebildet sein kann (in welchem Falle also die '%i'elleinnitten von Pumpe und Antriebsinaschine nicht zusammenfallen).
  • In Abb. 4. ist i ein starrer Körper, welcher :i den Lagern :2 und 3 gelagert ist und ve--: einer Antriebsmaschine 4. eine Drehgeschwindigkeit finit einem gewissen Ungleichförmig--,:`tsgrael erhält. In ihm sind in Zvlindern -. Kolben 6 beweglich, welche durch eine Feder ;, deren Zugkraft der Zentrifugalkraft entgegenwirkt, miteinander verbunden sind. Infolge der ungleichförmi-en Drehbewegung, deren Winkelgeschwindigkeit zwischen einem -,\liniinum und Maximum pendelt, ist nun, wie oben erläutert wurde, je nach der Winkelgeschwindigkeit die Zentrifugalkraft mit der Federkraft ± Kolbenkraft bei verschiedenen Abständen der Kolben von der Drehachse im Gleichgewicht, was zur Folge hat, daß die Kolben hin und her bewegt werden, wobei sie das Fördermittel bei S durch die hohle Welle und die Saugventile 8 ansaugen und durch die Druckventile g in den feststehenden Behälter r o drücken, an welchen sich bei D die Druckleitung anschließt. Der Behälter io kann nötigenfalls mit einer (nicht gezeichneten) Kühlung versehen sein.
  • In Abb. 5; welche ein zweistufiges Gebläse darstellt, besteht das elastische Organ aus der Feder i i und dem Pufferkolben 12. Letzterer hat den.Zweck, die Feder ii zu entlasten, indem der im Pufferzylinder entstehende Kompressionsdruck einen Teil (gegebenenfalls den Hauptteil) der elastischen Gegenkraft bildet. Der Vorteil dieser Bauart besteht darin, daß auch bei größeren Betriebsdrücken die Feder verhältnismäßig kleine Abmessungen erhält, so daß der Schwerpunkt der hin und her gehenden Massen näher an die Drehachse lieranriickt, Gewicht und Schwungtnoment des ganzen rotierenden Körpers kleiner und dadurch die infolge der. ungleichförmigen Drehgeschwindigkeit entstehende Rückwirkung auf die antreibende Maschine verringert wird. Der Pufferkolben wird zweckmäßig mit Nuten 13 versehen, durch welche in der andern Endlage eine Verbindung mit dem Ringrahm 14 entsteht, so daß Druckausgleich stattfindet und dadurch die Druckerzeugung im Pufferzylinder und damit die Kolbenbewegung für alle Hübe in derselben Gleichmäßigkeit vor sich geht. Es versteht sich von selbst, daß statt einer gemeinschaftlichen Feder für ein Kolbenpaar eine besondere Feder für jeden Kolben vorgesehen sein kann, welche einerseits am Kolben, anderseits am starren Körper befestigt ist. Ebenso kann der Winkel, den die Kolbenachse mit der Drehachse bildet, jeden beliebigen Wert z`vischen 90° und dem Reibungswinkel annehmen. Schließlich sei noch auf eine besondere Eigentümlichkeit der beschriebenen Maschine hingewiesen. Falls nämlich die Antriebsmaschine (oder das Zwischenglied zwischen Antriebsmaschine und Pumpe) so gebaut wird, daß die Drehzahlschwankung während jeder Umdrehung nicht einmal, sondern n-mal erfolgt, worin n jede beliebige ganze oder gebrochene Zahl sein kann, so macht die Pumpen Hübe. Es ist also durch eine derartige Maßnahme eine n-fache Übersetzung zwischen Pumpe und .4ntriebsinaschine geschaffen.
  • Zu den Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes mit Veränderung der andern beiden Größen e und wl, sei an dieser Stelle bemerkt, daß deren eine große Zahl möglich ist, da die Schwingungszahl der Feder (welche ja mit der kritischen Drehzahl identisch ist), von vier Größen, nämlich der Belastung, der eingespannten Länge (der Windungszahl), dem Elastizitätsmodul und dem Trägheitsmoment des Federquerschnitts abhängt. Durch periodische Veränderung von e oder einer dieser vier Größen (von denen wohl diejenige des Elastizitätsmoduls_ nach dem heutigen Stande der Technik ausscheidet), wird also die Größe f (s. obige Gleichung) verändert und damit die Kolbenbewegung erzeugt werden können.
  • Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann natürlich bei kleinen Leistungen statt des Kolbens eine Membran vorgesehen sein.

Claims (1)

  1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Kolbenpumpe (oder -gebläse), dadurch gekennzeichnet, daß der Hin- und Hergang des in einem umlaufenden starren Körper mit zur Drehachse unter beliebigem Winkel geneigter Achse angeordneten Kolbens (oder mehrere Kolben) durch die infolge der Drehung verursachten Schwingungen federnder, mit dem Kolben kraftschlüssig verbundener Glieder bewirkt wird, derart, daß diese Schwingungen durch periodische Schwankungen der Umdrehungszahl des umlaufenden Körpers oder der Schwingungszahl der federnden Glieder hervorgerufen werden und erhalten bleiben, wobei der jeweilige Unterschied zwischen Zentrifugalkraft und Federkraft als Kolbenkraft wirkt. a. Ausführungsform der Pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß statt der federnden Glieder Kolben o. dgl. verwendet sind, welche bei ihrer Bewegung ein elastisches Mittel (z. B. Luft) zusammendrücken, dessen Druck die zur Rückbewegung des Pumpenkolbens erforderliche elastische Kraft erzeugt. 3. Ausführungsform der Pumpe nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Rückbewegung des Pumpenkolbens erforderliche elastische Kraft von einer Verbindung von federnden Gliedern und Pufferkolben ausgeübt wird.
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