DE4020134A1 - Kugelpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Kugelpumpe ist aus der DE-OS 15 53 165 bekannt. Das die Taumelscheibe und zwei beispielsweise keilförmige Trennwände aufweisende Kreuzgelenk ist in einem im wesentlichen kugelför­ migen Arbeitsraum angeordnet. Sein Lagerzapfen ist mittels eines Schiebers zur Verstellung des Luft­ durchsatzes bei gegebener Drehzahl des Kreuzgelen­ kes lageverstellbar. In seinen Arbeitsraum münden je zwei gehäusefeste Lufteinlässe und Luftauslässe, von denen die Lufteinlässe an einander entgegenge­ setzten Seiten des Arbeitsraumes angeordnet sind. Diese Kugelpumpe dürfte, falls sie überhaupt tech­ nisch brauchbar ist, nur für gasförmige und nicht für flüssige Fluida geeignet sein.

Es ist auch eine Kugelpumpe bekannt (deutsche Pa­ tentanmeldung F 10 964 Ia/59e, die zum deutschen Pa­ tent 9 54 027 geführt hat), in deren Arbeitsraum je ein Saugstutzen und Druckstutzen tangential führt und die beim Pumpen von Wasser Wasserschläge ver­ meiden soll. Jedoch ist bei ihr bei konstanter Drehzahl des Kreuzgelenkes keine Verstellung der Fördermenge/Zeit möglich.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Ku­ gelpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die sowohl zum Fördern von Flüssigkeiten, als auch von Gasen geeignet ist, und bei der bei der jeweiligen Drehzahl des Kreuzgelenkes Verstel­ lung der Fördermenge/Zeit, das heißt, des Volumen­ stromes des geförderten Fluids in weiten Grenzen möglich ist, wobei die Kugelpumpe eine einfache, kostengünstige Bauart haben soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Kugelpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzei­ chen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Indem die Fluidöffnungen des Arbeitsraumes in einer den Arbeitsraum mitbildenden drehbaren Hülse ange­ ordnet sind, die bei durch Drehen des Lagerteiles erfolgender Verstellung des Lagerzapfens ebenfalls gedreht wird, und zwar jeweils um ungefähr den hal­ ben Winkel, vorzugsweise um den halben Winkel der jeweiligen Drehung des Lagerteiles in derselben Drehrichtung und die Fluidöffnung oder -öffnungen für den Eintritt des zu fördernden Fluids in den Arbeitsraum zu der oder den Fluidöffnungen für den Austritt aus dem Arbeitsraum in bezug auf den Ar­ beitsraum ungefähr diametral zueinander angeordnet sind, werden im gesamten Förderbereich, der durch Verstellen des Lagerzapfens durch Drehen des ihn lagernden Lagerteiles einstellbar ist, günstiges Durchströmen des Arbeitsraumes durch das jeweils zu fördernde Fluid ermöglicht. Auch lassen sich gün­ stige Wirkungsgrade zumindest bei nicht zu niedri­ gen Drehzahlen erzielen, jedoch oft auch bei gerin­ gen Fördermengen/Zeit. Die Fördermenge/Zeit einer erfindungsgemäßen Kugelpumpe kann bei gegebener Baugröße sehr hoch sein, da das Kreuzgelenk bei ge­ fesselter Taumelscheibe mit hohen Drehzahlen ange­ trieben werden kann. Auch läßt sich die Förderrich­ tung der Kugelpumpe auf einfache Weise nur dadurch ändern, daß die Drehrichtung der Antriebswelle um­ gekehrt wird. Auch lassen sich mit dieser Kugel­ pumpe günstige Kennlinien beziehungsweise Kennlini­ enfelder erreichen. Diese Kugelpumpe kann univer­ selle Anwendung bei zahlreichen Pumpenfällen haben und zeichnet sich also unter anderem auch durch ihre kostengünstige Bauart bei günstiger Förderung der zu fördernden Fluida im jeweils gesamten Stell­ bereich der Fördermenge/Zeit aus.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn für den Eintritt und Austritt der zu fördernden Fluida in und aus dem Arbeitsraum je eine einzige Fluidöffnung in der Hülse angeordnet ist. Dies ergibt besonders geringe Strömungswiderstände durch relativ große Öffnungen. Diese Fluidöffnungen können auf einem an den Ar­ beitsraum angrenzenden axialen Teilbereich ihrer axialen Längen oder über ihre ganzen axialen Län­ gen, vorzugsweise die Gestalt je einer sich in Längsrichtung der Hülse erstreckenden flachen Drei aufweisen. Auch andere Gestalten sind denkbar. Je­ doch ist es auch möglich, anstelle jeder solchen oder einer solchen Fluidöffnung eine Mehrzahl von Fluidöffnungen der Hülse vorzusehen, vorzugsweise innerhalb des Umrisses, den eine einzige Fluidöff­ nung hätte.

Indem ferner der Lagerzapfen oder vorzugsweise die Lagerkugel an der nicht mit der Antriebswelle ver­ bundenen Trennwand in einem drehbar gelagerten La­ gerteil, dessen Drehachse durch die Mitte des Ar­ beitsraumes geht, gelagert ist, wobei die Drehachse des Lagerzapfens mit der Drehachse des Lagerteiles einen vorbestimmten Winkel einschließt, ist die Verstellung der jeweiligen Fördermenge/Zeit durch Drehen dieses Lagerteiles auf besonders einfache und betriebssichere Weise ohne Änderung der jewei­ ligen Drehzahl des Kreuzgelenkes möglich. Auch er­ möglicht die Drehbarkeit der Hülse besonders einfa­ che formschlüssige Bewegungskopplung dieses Lager­ teiles mit der Hülse durch ein Zahnradgetriebe oder ein sonstiges Getriebe. Dieses Lagerteil kann zweckmäßig koaxial zur Hülse und vorzugsweise in einer Stirnwand der Hülse selbst gelagert sein.

Die Trennwände können, wie auch die Taumelscheibe, irgendwelche geeigneten Ausbildungen haben. Für die Trennwände ist es besonders vorteilhaft, sie unge­ fähr als Kugelkeile auszubilden. Dabei kann die Taumelscheibe an ihren beiden Breitseiten vorzugs­ weise je eine ebenfalls ungefähr keilförmige Aus­ nehmung aufweisen, deren Öffnungswinkel zumindest soviel größer als der Keilwinkel der Trennwände ist, daß diese Trennwände das erforderliche Bewe­ gungsspiel relativ zur Taumelscheibe haben.

Die Lagerung der Trennwände an der Taumelscheibe kann unterschiedlich sein. Bevorzugt können an der Taumelscheibe auf entgegengesetzten Breitseiten zwei zueinander senkrecht verlaufende Rippen vorge­ sehen sein, die kreisbogenförmige Querschnitte auf­ weisen und an denen die Trennwände mit geraden Rin­ nen kreisbogenförmiger Querschnitte formschlüssig anliegen, deren Krümmungsradien konstant sind und denen der Rippen entsprechen. Die Trennwände brau­ chen zumindest in vielen Fällen nicht an der Tau­ melscheibe gefesselt zu sein, sondern es genügt für ihre Halterung im Arbeitsraum, daß sie an kugelflä­ chenförmigen Bereichen der Wand des Arbeitsraumes, die konstanten Krümmungsradius haben, anliegen kön­ nen oder durch die Antriebswelle beziehungsweise den Lagerzapfen, wenn diese gegen axiales Verschie­ ben gesichert sind, gehalten werden. Oder sie kön­ nen an der Taumelscheibe gefesselt sein, derart, daß diese Fesselungen die Taumelbewegungen der Tau­ melscheibe bei der Rotation der Antriebswelle nicht behindern.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß der Winkel zwischen der vierten und fünften Drehachse so vor­ gesehen ist, daß die minimalen Verdrängervolumen der Kammern des Kreuzgelenkes auf ungefähr Null einstellbar sind. Dies läßt maximale Ausnutzung der Kugelpumpe für hohe Förderleistung zu. Zu diesem Zweck kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß der Winkel zwischen der Drehachse der Antriebswelle und der Drehachse des Lagerteiles gleich groß ist wie der Winkel zwischen der Drehachse des Lagerzapfens oder der Lagerkugel und der Drehachse des Lagertei­ les, wobei das Lagerteil soweit drehbar ist, daß Fluchtung der Drehachse des Lagerzapfens mit der Drehachse der Antriebswelle einstellbar ist.

Die Drehachse des Lagerteiles kann vorzugsweise mit dessen Längsachse und mit der Drehachse der Hülse und vorzugsweise auch mit deren Längsachse zusam­ menfallen.

Vorzugsweise kann das Lagerteil um mindestens 180°, insbesondere um 180° winkelverstellbar sein.

Die Verstellbarkeit der Fördermenge/Zeit bei je­ weils konstanter Drehzahl des Kreuzgelenkes erhöht die Anwendungsbereiche der Kugelpumpe. Beispiels­ weise kann sie von einem noch mindestens einem an­ deren Antriebszweck dienenden Motor, beispielsweise einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor, angetrieben werden und man kann dann die Menge/Zeit des von ihr geförderten Fluids unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors in weiten Grenzen ver­ stellen. Wenn dabei auch die Förderung Null ein­ stellbar ist, braucht man sie nicht einmal von die­ sem Motor abkuppeln, wenn man sie abschalten will.

Vorzugsweise kann externer Antrieb der Kugelpumpe vorgesehen sein und man kann dann die Antriebswelle über das Gehäuse der Kugelpumpe nach außen überste­ hen lassen. Es ist aber auch möglich, den Antriebs­ motor der Kugelpumpe in ihr Gehäuse zu integrieren oder an das Gehäuse anzuflanschen usw.

Es können beliebige geeignete Dichtungsmittel vor­ gesehen sein, um Austritt des die Kugelpumpe durch­ strömenden Fluids aus ihr oder unerwünschtes Über­ sickern von Fluid in ihr zu verhindern. Vorzugs­ weise können zwischen der Hülse und dem Gehäuse und dem Lagerteil Dichtungsringe angeordnet sein, die den Arbeitsraum und Fluidkanäle des Gehäuses gegen Leckverluste abdichten. Auch können die Abdichtun­ gen der Kammern des Arbeitsraumes gegeneinander verbessernde Dichtungsmittel an den Trennwänden und/oder der Taumelscheibe vorgesehen sein. Auch sonstige Dichtungsmittel können natürlich, falls zweckmäßig, vorgesehen sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kugelpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kugelpumpe nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Kugelpumpe nach Fig. 1 und 2 gesehen entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig. 4,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Kugelpumpe nach Fig. 3 gesehen entlang der Schnitt­ linie 4-4 der Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Kugelpumpe nach Fig. 3 gesehen entlang der Schnittlinie 5-5,

Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht der Hülse der Kugelpumpe nach den Fig. 1 bis 5,

Fig. 7 eine explodierte Seitenansicht des Kreuz­ gelenkes mit Lagerzapfen und ausschnitts­ weise dargestellter Antriebswelle der Ku­ gelpumpe nach den Fig. 1 bis 5,

Fig. 8 eine explodierte Seitenansicht des Kreuz­ gelenkes mit im Teilschnitt dargestellten Lagerkugel (26′) und auszugsweise darge­ stellter Antriebswelle der Kugelpumpe, sowie im Teilschnitt dargestellten Fesse­ lung der Taumelscheibe,

Fig. 9 einen Schnitt C-D in Fig. 8 gemäß der dort dargestellten Fesselung der Taumel­ scheibe bei genauem Maß (y) und

Fig. 10 einen Schnitt C-D in Fig. 8 gemäß einer Fesselung der Taumelscheibe in einer an­ deren Stellung.

Die in der Zeichnung dargestellte Kugelpumpe 10 weist ein aus den Gehäuseteilen 11, 12, 13 und 14 zu­ sammengesetztes Gehäuse 9 auf, in welchem sich ein hohlkugelförmiger Arbeitsraum 15 befindet, dessen Wand 65 mit Ausnahme einer schmalen Stirnseite ei­ ner Lagerbuchse 33 kugelflächenförmig ist und Durchbrechungen für die Antriebswelle 25, die Stellwelle 26 und zwei Fluidöffnungen 43, 44 für das jeweils zu pumpende Fluid aufweist.

Dieser Arbeitsraum 15 ist gebildet durch das Gehäu­ seteil 13, eine im Mittelteil 11 des Gehäuses form­ schlüssig drehbar gelagerte Hülse 16 und ein in ei­ ner konischen Vertiefung 18 der in Fig. 3 rechts­ seitigen Stirnwand 17 der Hülse 16 formschlüssig drehbar gelagertes Lagerteil 19. Die Teile 13, 16 und 19 sind durch Dichtungsringe gegeneinander ab­ gedichtet, desgleichen die Hülse 16 zu beiden Sei­ ten von Kanälen 51 und 52 gegenüber dem Gehäuseteil 11. Auch an Trennwänden 22, 23, einer Taumelscheibe 21 und auch an sonstigen abzudichtenden Teilen kön­ nen den Durchtritt von Fluid hindernde Dichtmittel angeordnet sein.

Die in Fig. 3 linksseitige Stirnwand 20 der Hülse 16 weist eine konische Vertiefung 18′ auf, die auf einem konischen Ansatz des Gehäuseteiles 13 um die durch die Mitte 27 des Arbeitsraumes 15 gehende Längsachse 30 des Gehäuses 9 drehbar gelagert ist, so daß die Hülse 16 an den Teilen 13 und 19 spiel­ frei drehbar gelagert und um die Längsachse 30 drehbar gelagert ist.

Die Gehäuseteile 11, 12, 13 und 14 sind zu dem star­ ren Gehäuse 9 fest miteinander verbunden.

In dem Arbeitsraum 15 dieser Kugelpumpe 10 ist ein aus der Taumelscheibe 21, einer ersten keilförmigen Trennwand 22 und einer zweiten keilförmigen Trenn­ wand 23 gebildetes Kreuzgelenk 24 mit geringem Gleitlagerspiel drehbar gelagert. Die Trennwände 22, 23 haben gleiche Gestalt. Ihre der Wand 65 des Arbeitsraumes gegenüberliegenden Außenflächen wie auch die Umfangsfläche der Taumelscheibe 21 sind mit Ausnahme des einer Ringschulter 69 gegenüber­ liegenden ebenen Bereichs der Trennwand 22 Ab­ schnitte von Kugelflächen, deren vom Mittelpunkt 27 des Arbeitsraumes 15 ausgehenden konstanten gleich­ großen Radien mit geringes Gleitlagerspiel ermög­ lichendem Unterschied den ebenfalls von diesem Mit­ telpunkt 27 ausgehenden konstanten Radien der Wand 65 nahezu entsprechen. Die beiden Seitenwände 66, 67 der Trennwände 22, 23 sind eben und an den schmalen Keilenden durch jeweils eine gerade Rinne 57, 58 mit konstanten kreisbogenförmigen Querschnitten verbun­ den, die der formschlüssigen Schwenkgleitlagerung der Trennwände 22, 23 auf geraden Rippen 39, 40 an beiden Breitseiten der Taumelscheibe 21 dienen. Da­ bei sei erwähnt, daß die Trennwände 22, 23 bezogen auf das Gehäuse 9 bei konstanter Stellung einer Stellwelle 46 selbst nicht die Schwenkbewegungen auf den Rippen 39, 40 ausführen, da sie bei rotie­ rendem Kreuzgelenk 24 nur um die Längsachsen 31, 32 einer Antriebswelle 25 und eines Lagerzapfens 26 rotieren und nur die bei der Rotation der Taumel­ scheibe 21 auftretenden Taumelbewegungen von ihr Schwenken zwischen Taumelscheibe 21 und den Trenn­ wänden 22, 23 bewirkt, solange an der Stellwelle 46 nicht Pumpenfördermenge Null einstellt und bei der die Trennwände 22, 23 konstant in ihren Mittelstel­ lungen auf den Rippen 39, 40 bleiben.

An der Mitte des Außenumfangs der ersten Trennwand 22 ist die beispielsweise mittels eines Elektromo­ tors antreibbare Antriebswelle 25 dieser Kugelpumpe 10 fest angeordnet. An der Mitte des Außenumfangs der zweiten Trennwand 23 ist der Lagerzapfen 26 fest angeordnet. Die Längsachsen 31 und 32 dieser Antriebswelle 25 und des Lagerzapfens 26 schneiden sich ständig im Mittelpunkt 27 des Arbeitsraumes 15 und sind in der Lage nach Fig. 3 zueinander unter einem stumpfen Winkel von in diesem Ausführungsbei­ spiel etwa 150° geneigt. Die Längsachse 31 ist re­ lativ zum Gehäuse 9 unveränderlich. Die Längsachse 32 ist durch Drehen des Lagerteiles 19 in ihrer Lage relativ zum Gehäuse 9 auf einer geometrischen Kegelmantelfläche verstellbar, derart, daß der Win­ kel zwischen den geometrischen Längsachsen 31 und 32 in diesem Ausführungsbeispiel zwischen ca. 150° und 180° verstellbar ist. Die Taumelscheibe 21 führt bei ihrer Rotation dann Taumelbewegungen aus, wenn dieser Winkel kleiner als 180° ist. Diese Tau­ melbewegungen bewirken Volumenänderungen der zu beiden Seiten der Trennwände befindlichen Kammer 53-56, die mit kleiner werdenden Winkel zwischen den Längsachsen ebenfalls geringer werden.

Der Lagerzapfen 26 ist in einer kreiszylindrischen Sackbohrung 29 des massiven, mit Ausnahme einer Außenverzahnung 61, rotationssymmetrischen Lager­ teiles 19 formschlüssig drehbar gelagert.

Das Lagerteil 19 ist in einer konischen Ausnehmung der einen Stirnwand 17 der Hülse 16 formschlüssig und drehbar um die Längsachse 30 des Gehäuses 11 gleitgelagert. Mit dieser Längsachse 30 schließen die Längsachsen 31 und 32 der Antriebswelle 25 und des Lagerzapfens 26 gleich große Winkel von in die­ sem Ausführungsbeispiel je ca. 15° ein.

Die Antriebswelle 25 ist in der in das Gehäuseteil 13 eingesetzten Gleitlagerbuchse 33 drehbar gela­ gert und diese ist nach außen durch eine Ringdich­ tung 34 abgedichtet. Das Gehäuseteil 14 verschließt die im Gehäuseteil 13 befindliche Ausnehmung für die Lagerbuchse 33 und die Ringdichtung 34 nach außen.

Das Lagerteil 19 ist auch an seiner bezogen auf Fi­ gur 3 rechten Stirnseite mittels einer in eine Boh­ rung des Gehäuseteiles 12 eingesetzten Kugel 35 drehbar gelagert, die mittels einer ein Widerlager für sie bildenden Justierschraube 36 in eine koni­ sche Bohrung des Lagerteiles 19 mit geringer Kraft oder mit geringem Spiel eingreift. Hierdurch können sich das Lagerteil 19 und die Hülse 16 nicht axial verschieben.

Die beiden Rippen 39, 40 erstrecken sich über die betreffende Stirnseite der Taumelscheibe 21 und ha­ ben kreisbogenförmige Querschnitte, deren Krüm­ mungsradien bezogen auf je eine geometrische Durch­ messerlinie 41 und 42 der Taumelscheibe 21 konstant sind. Diese geometrischen Durchmesserlinien 41, 42 schneiden sich im Mittelpunkt 27 des Arbeitsraumes 15 senkrecht und bilden je eine Schwenkachse 41, 42 für die Trennwände 22, 23. Die Drehachsen 31, 32 sind senkrecht zu diesen Schwenkachsen 41, 42.

In der Hülse 16 sind zwei schlitzförmige Fluidöff­ nungen 43 und 44 angeordnet, von denen jeweils eine die Einlaßöffnung für das zu fördernde Fluid in den Arbeitsraum 15 und die jeweils andere die Auslaß­ öffnung für dieses Fluid aus dem Arbeitsraum bil­ det. Je nach der Rotationsrichtung des Kreuzgelen­ kes 24 ist die eine oder die andere dieser Öffnun­ gen 43 oder 44 die Einlaßöffnung und die jeweils andere 44 oder 43 die Auslaßöffnung für das zu för­ dernde Fluid. Diese Fluidöffnungen 43, 44 sind in bezug auf diese Hülse 16 ungefähr diametral zuein­ ander angeordnet und ihre Längserstreckungen ver­ laufen ungefähr parallel zur Drehachse 30 des La­ gerteiles 19. Auch sind diese beiden Fluidöffnungen 43 und 44 in Bezug auf eine geometrische Durchmes­ serebene der Hülse 16, in die die Längsachse 30 fällt und damit auch durch die Mitte 27 des Ar­ beitsraumes 15 hindurchgeht, jeweils spiegelbild­ lich zueinander ausgebildet, wie man besonders deutlich aus den Fig. 3 und 6 ersehen kann. Jede der arbeitsraumseitigen Mündungen dieser Öffnungen 43 und 44 erstreckt sich in diesem Ausführungsbei­ spiel über etwa 50° Zentriwinkel des Arbeitsraumes 15 und hat die Gestalt einer "flachen Drei". Diese Fluidöffnungen 43, 44 haben in diesem Ausführungs­ beispiel über ihre axialen Längen konstanten Quer­ schnitte, doch kann auch vorgesehen sein, daß nur arbeitsraumseitige Teilbereiche ihrer axialen Län­ gen die dargestellten Querschnitte haben und dann in andere, vorzugsweise kreisrunde Querschnitte übergehen.

Zur stetigen, genau dosierbaren Verstellung gemäß günstigen Kennlinien des durch diese Kugelpumpe 10 bei konstanter Drehzahl des Kreuzgelenkes 24 för­ derbaren Volumenstromes des jeweiligen Fluids zwi­ schen einem Maximum und einem Minimum, welches Mi­ nimum in diesem Ausführungsbeispiel ungefähr Null ist, sind die Hülse 16 und das Lagerteil 19 am Ge­ häuse 9 in jeweils gleichsinniger Drehrichtung drehbar, wobei der jeweilige Drehwinkel der Hülse 16 halb so groß wie der Drehwinkel des Lagerteiles 19 ist. Zu diesem Zweck sind diese beiden Teile 16 und 19 durch ein Getriebe 45 formschlüssig verbun­ den, das eine in der Stirnwand 12 des Gehäuses 11 um eine zur Drehachse 30 der Hülse 16 parallele Drehachse drehbar gelagerte Stellwelle 46 aufweist, deren linksseitiger Endbereich noch zusätzlich in einer Bohrung des Gehäusemittelteils 11 drehbar ge­ lagert ist. Auf dieser aus dem Gehäuse 9 herausge­ führten, manuell oder, falls gewünscht, motorisch verstellbaren Stellwelle 46 sind zwei Zahnräder 47 und 48 fest angeordnet.

Das Zahnrad 47 kämmt mit einer am Umfang der Hülse 16 an ihrem einen Endbereich angeordneten, sich über etwas mehr als 90° erstreckenden Verzahnung 62. Das Zahnrad 48 kämmt mit der umfangsseitig am Lagerteil 19 angeordneten Verzahnung 61, die sich in diesem Ausführungsbeispiel über mindestens etwas mehr als 180° erstreckt. Die Zahnräder 47 und 48 sind so getroffen, daß, wenn das Lagerteil 19 durch Drehen der Stellwelle 46 um einen Winkel a gedreht wird, dann das Zahnrad 47 die Hülse 16 im jeweils gleichen Drehsinn um den Winkel a/2 dreht.

Am Gehäusemittelteil 11 sind außenumfangsseitig zwei Durchgangsbohrungen 49 und 50 für das Leiten der zu fördernden Fluida angeordnet, an die bei­ spielsweise nicht dargestellte Nippel für den An­ schluß von Förderleitungen für das jeweils zu för­ dernde Fluid angeschlossen werden können. Auch an­ dere Anschlußmöglichkeiten bestehen natürlich. Jede dieser Öffnungen 49, 50 mündet in einen sich in Um­ fangsrichtung des Gehäuseteiles 11 über etwas mehr als 90° erstreckenden, zur Hülse 16 hin offenen, im Querschnitt halbkreisförmigen Kanal 51, 52 des Ge­ häuseteiles 11. Diese beiden Kanäle 51, 52 sind so angeordnet, daß die eine Fluidöffnung 43 der Hülse 16 bei jeder einstellbaren Winkelstellung der Hülse 16 in den einen Kanal 51 und die andere Fluidöff­ nung 44 dabei in den anderen Kanal 52 mündet, so daß das jeweils zu fördernde Fluid von der Öffnung 49 des Gehäuses zur Öffnung 50 oder von der Öffnung 50 zur Öffnung 49 je nach Drehrichtung der An­ triebswelle 25 durch den Arbeitsraum 15 hindurch gefördert werden kann.

Mittels der Stellwelle 46 lassen sich die bei be­ liebiger konstanter Drehzahl der Antriebswelle 25 und damit des Kreuzgelenkes 24 vorliegenden Volu­ menströme des geförderten Fluids zwischen maximal und minimal stetig verstellen, in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel vom jeweiligen Maximum bis praktisch Null. Infolge der beschriebenen bewegungsgekoppel­ ten Verstellung des Lagerteiles 18 und der Hülse 16 mit den Fluidöffnungen 43, 44 ergeben sich im ge­ samten Winkeleinstellbereich von ca. 180° des La­ gerteiles 19 besonders günstige Kennlinien "Volu­ menstrom des zu pumpenden Fluid in Abhängigkeit der Winkeleinstellung des Lagerteiles 19". Auch sind hohe Förderdrücke, günstige Wirkungsgrade bei allen Förderleistungen und ungewöhnlich hohe Förderlei­ stungen erzielbar.

Die beiden Trennwände 22, 23 unterteilen den Ar­ beitsraum 15 in insgesamt vier volumenveränderliche Kammern 53 bis 56, durch deren Volumenänderungen die Förderung des jeweiligen Fluids erfolgt.

Die Taumelscheibe 21 weist auf jeder Breitseite eine Ausnehmung 37 und 38 mit ebenen Seitenwänden 63 beziehungsweise 64 auf, in deren Grund die Rip­ pen 39 beziehungsweise die Rippe 40 angeordnet ist, wie besonders deutlich aus den Fig. 7 und 8 er­ sichtlich ist. Die Seitenwände 63 sind zu einer in die Längsachse der Rippe 39 fallenden und sie halbierenden geometrischen Ebene spiegelbildlich zueinander angeordnet, wie Fig. 7 zeigt. Entspre­ chendes gilt gemäß Fig. 8 für die Seitenwände 64, die zu einer in die Längsachse der Rippe 40 fallen­ den und diese halbierenden geometrischen Ebene spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.

In den Fig. 3 bis 5 ist das maximale Fördervolu­ men pro Umdrehung des Kreuzgelenkes 24 der Kugel­ pumpe 10 eingestellt.

Die Trennwand 22 liegt in der in den Fig. 3 und 4 dargestellten einen Winkelstellung des Kreuzge­ lenkes 24 mit ihrer einen ebenen Seitenwand 66 praktisch an der einen ebenen Seitenwand 63 der Ausnehmung 37 der Taumelscheibe 21 praktisch an, was größtmöglichen Volumenstrom bei der betreffen­ den Drehzahl der Antriebswelle 25 ergibt und bei dieser Winkelstellung des Kreuzgelenkes befindet sich dann die andere Trennwand 23 in ihrer in Fig. 4 dargestellten Mittelstellung. Wenn das Kreuz­ gelenk 24 weitergedreht wird, dann verstellt sich die Taumelscheibe 21 stetig so, daß sie bezogen auf Fig. 3 sich um den Mittelpunkt 27 des Arbeitsrau­ mes 15 dreht und taumelt und nach einer Drehung der Arbeitswelle 25 um 90° befindet sich dann die Trennwand 22 in der Ausnehmung 37 in ihrer Mittel­ stellung und die Trennwand 23 in ihrer einen Grenz­ stellung, in der ihre eine ebene Seitenwand 67 praktisch an der betreffenden ebenen Seitenwand 64 der Ausnehmung 38 anliegt. Bei weiterer Drehung des Kreuzgelenkes 24 in derselben Drehrichtung wird dann die Taumelscheibe 24 so weiter verstellt, daß nach 90° die Trennwand 22 an der bezogen auf Fig. 3 anderen ebenen Seitenwand 63 der Ausnehmung 37 praktisch anliegt und die andere Trennwand 23 be­ findet sich in der ihr zugeordneten Ausnehmung 38 wieder in der Mittelstellung. Beim weiteren Drehen des Kreuzgelenkes gelangt dann nach 90° die Trenn­ wand 22 wieder in ihre Mittelstellung in der Aus­ nehmung 37 und die Trennwand 23 liegt mit ihrer an­ deren planen Seite 67 praktisch an der anderen pla­ nen Seite 64 der Ausnehmung 38 der Taumelscheibe an. Nach weiteren 90° Drehung des Kreuzgelenkes 24 hat das Kreuzgelenk 24 dann eine volle Umdrehung gemacht und wieder die Stellung nach Fig. 3 er­ reicht. Dies wiederholt sich bei jeder vollen Dre­ hung des Kreuzgelenkes 24 und es findet so eine stetige Förderung des Fluids durch den Arbeitsraum 15 in derselben Förderrichtung statt, wobei sehr hohe Förderleistungen und auch hohe Förderdrücke erreichbar sind.

Es ist natürlich auch möglich, vorzusehen, daß die Trennwände 22, 23 in ihren Grenzstellungen relativ zur Taumelscheibe 21 nicht an deren ebenen Flächen 63, 64 anliegen, sondern gewünschte Winkelabstände von ihnen haben.

Wenn mittels der Stellwelle 46 das Lagerteil 19 aus der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Stellung für bei der jeweiligen Drehzahl der Antriebswelle 25 maximalen Volumenstroms des zu fördernden Fluids um 180° gedreht wird, wird der Volumenstrom prak­ tisch Null und dazwischen ändert sich der Volumen­ strom des geförderten Fluids stetig in Abhängigkeit der Winkelstellung der Stellwelle 46. Bei Einstel­ lung der Stellwelle 46 auf Nullförderung befindet sich die Längsachse 32 des Lagerzapfens 26 in Fluchtung mit der Längsachse 31 der Antriebswelle 25 und beide Trennwände 22 und 23 befinden sich dann bei der Rotation des Kreuzgelenkes ständig in ihren Mittelstellungen, so daß die zu beiden Seiten jeder Trennwand befindlichen beiden Kammern 53 bis 56 des Arbeitsraumes 15 ihre Volumen bei der Rota­ tion des Kreuzgelenkes 24 nicht verstellen und keine Förderung eintritt.

In allen anderen Winkelstellungen der Stellwelle 46 verändern jedoch die zu beiden Seiten jeder Trenn­ wand 22 und 23 befindlichen beiden Kammern 53, 54 beziehungsweise 55, 56 ihre Volumen bei der Rotation des Kreuzgelenkes 24, und zwar derart, daß zwei dieser Kammern 53, 54 jeweils gegenüber der einen Fluidöffnung 43 oder bei geänderter Drehrichtung des Kreuzgelenkes gegenüber der Fluidöffnung 44 der Hülse 16 ihre Volumen vergrößern und so Fluid aus der betreffenden Fluidöffnung ansaugen und die an­ deren beiden Kammern 55, 56 gegenüber der anderen Fluidöffnung 44 der Hülse 16 ihre Volumen verrin­ gern beziehungsweise bei geänderter Drehrichtung des Kreuzgelenkes 24 ihre Volumen vergrößern und so das Fluid in diese Fluidöffnung 44 drücken oder aus ihr ansaugen. Die Taumelscheibe 21 unterteilt jede der beiden Fluidöffnungen 43 und 44 immer -oder höchstens mit Ausnahme kleiner, nicht störender Drehwinkelbereiche- in jeweils zwei Teilöffnungen, denen bei gegebener Drehrichtung des Kreuzgelenkes 24 gegenüber der einen Fluidöffnung ihre Volumen vergrößernden Kammern und bezüglich der anderen Fluidöffnung ihre Volumen verringernden Kammern ge­ genüberstehen.

Je nach Ausbildung der Öffnungen 43, 44 kann dabei auch vorgesehen sein, daß in kleinen Drehwinkelbe­ reichen des Kreuzgelenkes 24 eine geringe Überlap­ pung der Volumenänderungen der jeweils den Öffnun­ gen 43 beziehungsweise 44 gegenüberliegenden Kam­ mern in der Weise auftreten kann, daß wenn die eine Kammer gegenüber der Öffnung 43 noch ihr Volumen vergrößert, die andere gegenüber dieser Kammer be­ findliche Öffnung ihr Volumen noch etwas verringert und Entsprechendes auch für die der anderen Öffnung 44 jeweils gegenüberliegenden Kammern vorzusehen. Hierdurch lassen sich die Schwankungen des Förder­ druckes beeinflussen und eventuell hierdurch be­ dingte Leistungsminderungen der Kugelpumpe 10 sind gegenüber den großen Leistungsmöglichkeiten dieser Pumpe 10 gegenüber herkömmlichen Pumpen ver­ nachlässigbar.

Die Drehwinkel der Hülse 16 und des Lagerteiles 19 sind durch Anschläge oder ihre Verzahnungen 61, 62 auf 90° beziehungsweise 180° begrenzt. Sie können jedoch auch kleiner begrenzt werden, falls dies er­ wünscht ist.

Alle Teile dieser Kugelpumpe 10 mit Ausnahme der Dichtungen können zweckmäßig metallisch oder gege­ benenfalls ganz oder teilweise auch aus anderen ge­ eigneten Materialien, wie beispielsweise Kunst­ stoff, Keramik oder dergleichen bestehen.

Diese Kugelpumpe 10 hat zahlreiche Vorteile. Ihr durch das Kreuzgelenk 24 gebildeter Verdränger kann mit konstanter Drehzahl rotieren, wobei sehr hohe Drehzahlen erreichbar sind. Auch ergibt sie hohe Förderleistung selbst bei kleiner Bauart. Sie ist baulich einfach aus relativ wenigen, kostengünstig herzustellenden Teilen zusammengesetzt. Die beiden Trennwände 22 und 23 brauchen zumindest in vielen Fällen nicht an der Taumelscheibe 21 gelenkig ge­ fesselt zu werden, sondern können bevorzugt, wie im Ausführungsbeispiel, nur formschlüssig an die Tau­ melscheibe 21 angesetzt und durch die Wand 65 des Arbeitsraumes 15 oder die Antriebswelle 25 bezie­ hungsweise den Lagerzapfen 26 am Abheben von der Taumelscheibe 21 gehindert werden.

Falls erwünscht, ist es jedoch auch möglich, die beiden Trennwände 22 und 23 an der Taumelscheibe gelenkig zu fesseln, beispielsweise durch in Gewin­ debohrungen 68 von ihnen eingeschraubte, die Tau­ melscheibe 21 durchsetzende Schrauben 69, die an der Taumelscheibe auf der von der betreffenden Trennwand abgewendeten Seite beispielsweise mittels Kugelgelenk 70 und Kugelpfanne 70′ in dem für die Schwenkbarkeit der Trennwände 22, 23 erforderliche Ausmaß schwenkbar gelagert sind, wobei der Schwenk­ punkt jeweils in die Schwenkachse der betreffenden Trennwand 22, 23 fällt.

Die Trennwände 22, 23 bestimmen bei ihrer Rotation die rotierenden Taumelbewegungen der Taumelscheibe 21, durch die die Volumenänderungen der vier Kam­ mern 53 bis 56 zur Förderung des jeweiligen Fluids bestimmt werden.

Bei Fluida, die durch diese Kugelpumpe 10 gefördert werden können, kann es sich um gasförmige Fluida oder Flüssigkeiten mit mehr oder weniger großer Viskosität oder mit Feststoff durchsetzten Flüssig­ keiten handeln. In beiden Fällen werden hohe För­ derleistungen erzielt, da die Fluida im Kugelraum im Gleichstrom verdrängt werden.

Gemäß Fig. 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel die beiden zur Bildebene zueinander zweckmäßig spiegelbildlichen Fluidöffnungen 43 und 44 der Hülse 16, von denen in Fig. 3 nur die Fluidöffnung 43 zu sehen ist, so angeordnet, daß bei Einstellung des Kreuzgelenkes 24 auf maximale Förderleistung, wie es die Fig. 3 und 4 zeigen, die durch die Bildebene und damit die durch die Längsachsen 31 und 32 der Antriebswelle 25 und des Lagerzapfens 26 in dieser Grenzstellung der Stellwelle 46 defi­ nierte geometrische Ebene ihre Symmetrieebene ist. Die Schlitze (Fluidöffnungen) 43 und 44 der Hülse 16 haben die Gestalt je einer flachen Drei und ihre die drei Vorsprünge der "Drei" bildenden Bereiche sind bei der in Fig. 3 dargestellten Einstellung der Hülse 16 von der zur Bildebene senkrechten, durch die Längsachse 30 des Gehäuses 9 gehenden geometrischen Ebene, die durch die Fluidöffnungen 43 und 44 in geringem Abstand unterhalb ihrer Mit­ ten hindurchgeht, weg gerichtet.

Claims (20)

1. Kugelpumpe, welche in einem im wesentlichen kugelförmigen Arbeitsraum vier volumenveränderliche Kammern und einen als Kreuzgelenk ausgebildeten, eine Taumelscheibe und zwei Trennwände zum Trennen von je zwei Kammern aufweisenden rotierbaren Ver­ dränger aufweist, wobei in der Wandung des Arbeits­ raumes Öffnungen - nachfolgend Fluidöffnungen ge­ nannt - für die in diese Kammern ein- und ausströ­ menden Fluida, die vorzugsweise Flüssigkeiten sind, angeordnet sind, wobei die beiden Trennwände an der Taumelscheibe um je eine zum Arbeitsraum diametrale Drehachse (erste Drehachse und zweite Drehachse) schwenkbar gelagert sind, welche Drehachsen sich senkrecht schneiden, wobei an der um die erste Drehachse schwenkbar gelagerten Trennwand eine An­ triebswelle fest angeordnet ist, die um eine dritte Drehachse des Kreuzgelenkes rotierbar gelagert ist, welche die erste Drehachse senkrecht schneidet, und an der um die zweite Drehachse schwenkbar gelager­ ten Trennwand ein um eine vierte Drehachse des Kreuzgelenkes drehbar gelagerter, zur Verstellung der Minimalvolumen der Kammern lageverstellbarer Lagerkugel, vorzugsweise Lagerzapfen, fest angeord­ net ist, welche vierte Drehachse die zweite Drehachse senkrecht schneidet, und daß diese vier Drehachsen sich im Mittelpunkt des Arbeitsraumes schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerku­ gel, vorzugsweise der Lagerzapfen (26), an einem Lagerteil (19) drehbar gelagert, das um eine durch den Mittelpunkt (27) des Arbeitsraums (15) gehende fünfte Drehachse (30) drehbar gelagert ist, welche fünfte Drehachse mit der vierten Drehachse (32) einen vorbestimmten Winkel einschließt, daß der Ar­ beitsraum mit durch eine drehbar gelagerte Hülse (16) gebildet ist, die mit dem Lagerteil so bewe­ gungsgekoppelt ist, daß sie jeweils um ungefähr den halben Winkel der jeweiligen Drehung des Lagertei­ les in derselben Drehrichtung wie das Lagerteil winkelverstellbar ist, und daß in dieser Hülse die Fluidöffnungen (43, 44) für das jeweils in den Ar­ beitsraum (15) ein- und ausströmende Fluid in Bezug auf den Arbeitsraum ungefähr diametral zueinander angeordnet sind.

2. Kugelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Hülse (16) je eine einzige Fluidöffnung für das in den Arbeitsraum (15) je­ weils ein- und ausströmende Fluid angeordnet sind.

3. Kugelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fluidöffnung oder Fluidöff­ nungen für den jeweiligen Eintritt des Fluids in die Arbeitskammer in Bezug auf eine durch die Längsachse (30) der Hülse (16) gehende geometrische Ebene spiegelbildlich zu der oder den anderen Fluidöffnungen ausgebildet sind.

4. Kugelpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Fluidöffnungen (43, 44) der Hülse an ihren dem Arbeitraum benachbarten Mün­ dungen ungefähr die Gestalt jeweils einer flachen Drei aufweisen.

5. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Trennwand sich in von der Taumelscheibe weg­ führender Richtung verbreitert, vorzugsweise unge­ fähr als Kugelkeil ausgebildet ist.

6. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der vierten und fünften Drehachse und die Drehbarkeit des Lagerteiles so vorgesehen ist, daß die minimalen Verdrängervolumen der Kammern (53 bis 56) auf ungefähr Null einstellbar sind.

7. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (19) um ungefähr 180° winkelverstellbar ist.

8. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (19) und die Hülse (16) mittels eines Zahnradge­ triebes winkelverstellbar sind, wobei ein auf einer Stellwelle (46) fest angeordnetes Zahnrad (47) des Zahnradgetriebes mit einer umfangsseitig angeordne­ ten Verzahnung (62) der Hülse und ein anderes auf dieser Stellwelle fest angeordneten Zahnrad (48) des Zahnradgetriebes mit einem mit dem Lagerteil drehfest verbundenen Zahnrad oder einer umfangssei­ tig angeordneten Verzahnung (61) des Lagerteiles (19) kämmt.

9. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Taumelscheibe (21) so ausgebildet und die Fluidöff­ nungen (43, 44) der Hülse so ausgebildet und ange­ ordnet sind, daß bei der Rotation des Kreuzgelenkes (24) die Taumelscheibe jede Fluidöffnungen der Hülse ständig oder in vorbestimmten Drehwinkelbe­ reichen in zwei zu beiden Seiten der Taumelscheibe befindlichen Teilöffnungen unterteilt, die in je eine zu beiden Seiten der Taumelscheibe angeordnete Kammer münden.

10. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidöff­ nungen (43, 44) der Hülse (16) zumindest in an den Arbeitsraum eingrenzenden axialen Längsbereichen schlitzförmig ausgebildet sind.

11. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (16) in einem Innenraum eines Gehäuses (9) der Kugel­ pumpe angeordnet ist, in welchem gegenüber dem Außenumfang der Hülse (16) für den Anschluß von de­ ren Fluidöffnungen (43, 44) je ein zur Hülse hin of­ fener, sich über etwas mehr als deren Drehwinkel und in deren Drehrichtung erstreckender durch diese Hülse überdeckter Kanal (51, 52) angeordnet ist, von denen jeder zu einer Anschlußöffnung (49, 50) des Gehäuses führt.

12. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Sei­ ten der Taumelscheibe je eine Rippe (39, 40) mit konstantem kreisbogenförmigen Querschnitt angeord­ net ist, die der Schwenklagerung der beiden Trenn­ wände dienen, indem diese mit konstanten Krümmungs­ radius aufweisenden Rinnen auf diesen Rippen auf­ sitzen.

13. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (22, 23) in dem Arbeitsraum (15) lediglich form­ schlüssig gehalten sind.

14. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Bolzen (69) vorzugsweise mit Gewinde versehen und vorzugs­ weise kugeligem Kopf (70) in symmetrischer Anord­ nung durch Rippe (39) oder (40) der Taumelscheibe (21) durchgreifen und die Kugelkopfbolzen (69) in eine Kugelpfanne (71) eingreifen, die in der Schwenklinie (41) der Rippe liegt.

15. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meniskel­ einlagen (73) zwischen kugeligem Kopf (70) und der Kugelpfanne (71) die unabdinglichen Maßungenauig­ keiten ausgleicht.

16. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meniskel­ einlagen (73) aus Nichteisenwerkstoff, insbesondere Bronze-Lagermetall, oder Stahl bestehen.

17. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (16) jeweils um den halben Drehwinkel des Lagerteils drehbar ist.

18. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse und die Drehachse der der Hülse (16) und/oder die Längsachse und die Drehachse des Lagerteiles (19) zusammenfallen und/oder daß die Drehachse der Hülse (16) mit der Drehachse des Lagerteiles (19) zusam­ menfällt und/oder daß der Arbeitsraum (15) inner­ halb der Hülse (16) angeordnet ist und/oder daß die Hülse mit einer konischen Ausnehmung (18′) ihrer einen Stirnseite auf einem gehäusefesten konischen Vorsprung formschlüssig drehbar gelagert ist und/oder daß die Hülse mit einer konischen Ausneh­ mung (18) ihrer anderen Stirnseite auf einem koni­ schen Bereich des Lagerteiles (19) formschlüssig drehbar gelagert ist.

19. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellachse einen Schneckenantrieb hat und der Stellmotor für die Schnecke vorzugsweise ein Schrittmotor ist.

20. Kugelpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor von dem in die Förderleitung eingesetzten Drucksen­ sor gesteuert ist.